Genómica funcional del metabolismo del nitrógeno en relación con la fotorrespiración y estrés abiótico en plantas de Lotus Japonicus

Zusammenfassung

La asimilación de nitrógeno y el estrés abiótico, particularmente la sequía, son dos de los factores que más limitan el crecimiento de las plantas en el género Lotus. De ahí que la disponibilidad de nitrógeno sea de vital importancia para la supervivencia de las mismas y que éstas hayan desarrollado diferentes mecanismos de regulación metabólicos para garantizar el mejor aprovechamiento de este elemento. La utilización de nitrógeno por las plantas implica varias etapas, que incluyen el transporte de las diferentes fuentes nitrogenadas desde el exterior al interior celular; su posterior reducción y asimilación dentro de las células (asimilación primaria), y, también, la translocación o removilización (reciclaje del nitrógeno; asimilación secundaria) en el interior del vegetal. Estudios previos han demostrado la importancia de una de las rutas implicadas en la asimilación secundaria de nitrógeno, la fotorrespiración. Basándose en cálculos aproximados de la fotorrespiración en hojas de trigo, se determinó que la tasa de nitrógeno asimilado en dicha ruta, en forma de amonio, podría sobrepasar en 10 veces la tasa calculada de asimilación primaria nitrógeno. En esta Tesis Doctoral se ha abordado el estudio, desde el punto de vista de la genómica funcional, del metabolismo del nitrógeno y su relación con la fotorrespiración y con el estrés abiótico en la leguminosa modelo Lotus japonicus. La disponibilidad de mutantes Ljgln2-2, carentes por completo de actividad y proteína glutamina sintetasa plastídica, ha permitido avanzar en el esclarecimiento de la significación fisiológica exacta de dicha enzima en relación con la fotorrespiración y el estrés abiótico, haciendo uso de datos transcriptómicos y metabolómicos y análisis de la co-expresión de redes de genes. Entre las conclusiones más destacadas se incluyen la descripción de la existencia de una regulación coordinada de los genes fotorrespiratorios bajo condiciones de alta acumulación de NH4+; la inducción de rutas alternativas al ciclo GS2 / Fd-GOGAT para la reasimilación del NH4+; la interconexión de la fotorrespiración con el metabolismo central del carbono, del nitrógeno y metabolismo secundario; y el papel de la glutamina sintetasa plastídica en la respuesta al balance C / N y su relación con el metabolismo de la prolina y el estrés hídrico.