Regulación de la simbiosis leguminosa-rizobio en condiciones de déficit hídrico: antioxidantes y compuestos nitrogenados

En un mundo que requiere urgentemente una agricultura más sostenible, los cultivos de leguminosas representan una importante alternativa. A nivel agroecológico, la característica más interesante de esta familia de plantas es su capacidad para llevar a cabo la fijación biológica de nitrógeno atmosférico (FBN), reduciendo los insumos de fertilizantes nitrogenados con una baja huella de carbono, lo que disminuye la contaminación ambiental y enriquece el suelo para los siguientes cultivos. Sin embargo, para optimizar el potencial de las leguminosas en un escenario donde los efectos del cambio climático conducirán a un aumento del impacto de las sequías, es preciso dilucidar los mecanismos fisiológicos y las vías de señalización molecular responsables de una mayor tolerancia de estos cultivos a esta situación de estrés. La disminución de la FBN provocada por la sequía es consecuencia de una serie de mecanismos fisiológicos entre los que destacan la disminución de la disponibilidad de sustratos carbonados para los bacteroides, la inhibición de la actividad nitrogenasa debido a la acumulación de compuestos nitrogenados, el incremento de la resistencia a la difusión de oxígeno y el estado redox. Con este fin de profundizar en estos factores, en este trabajo se han evaluado diferentes mecanismos implicados en la regulación del proceso de FBN bajo estrés hídrico. Estudios previos sugieren que la cepa de Rhizobium etli CFNX713, modificada genéticamente para sobreexpresar la oxidasa bacteroidal cbb3, es más eficiente en FBN tanto en condiciones óptimas de disponibilidad de agua como en situaciones de déficit hídrico en comparación con su cepa parental. Sin embargo, se desconoce su comportamiento en una etapa de recuperación tras un periodo de déficit hídrico. Así, en el primer capítulo utilizamos esta cepa de R. etli en simbiosis con Phaseolus vulgaris y analizamos los posibles antioxidantes y solutos compatibles que pudieran estar implicados en la mayor resistencia de esta simbiosis al estrés por sequía y tras la recuperación de las plantas. Bajo estas condiciones observamos como las poliaminas, moléculas relacionadas con el mantenimiento del estado redox celular, parecen estar involucradas en el proceso de tolerancia al déficit hídrico. Ya que uno de los mecanismos de tolerancia de las plantas al estrés hídrico es la síntesis de antioxidantes, en el segundo capítulo llevamos a cabo la caracterización de la sequía de plantas de Medicago truncatula que sobreexpresan el gen VTC2, integrante de la vía de síntesis de ascorbato. Dado que en otras especies vegetales se ha descrito que plantas con mayores niveles de ascorbato son más tolerantes a estreses abióticos, en este trabajo analizamos si estas plantas sobreexpresantes presentan una mejora a nivel de la FBN en condiciones de déficit hídrico. Nuestros resultados muestran que la sobreexpresión de MtVTC2 se traduce en una mayor concentración de ácido ascórbico en los nódulos en condiciones óptimas de irrigación del cultivo, pero sin repercusiones positivas en los niveles de FBN cuando el riego es deficitario. Finalmente, en el tercer capítulo, y con el fin de analizar el papel de la inhibición de la FBN debida a la acumulación de compuestos nitrogenados, llevamos a cabo un experimento de alimentación por peciolo en plantas de soja. Por esta vía a las plantas se le suministró una solución con asparagina marcada de forma estable (Asn 15N), para poder localizar su distribución a lo largo de la planta. Estos experimentos demostraron que la aplicación de asparagina inhibió la actividad fijadora a los dos días de tratamiento, alterando el metabolismo nitrogenado nodular, y provocando un desbalance en el aporte de carbohidratos de la parte aérea. Nuestros datos apoyan las hipótesis que respaldan que el estado nitrogenado de la planta es detectado mayormente en la parte aérea, provocando una acumulación de compuestos nitrogenados en el nódulo que provoca la inhibición de la FBN.