Un biosensor de próxima generación revela el papel fundamental de la giberelina en la fijación de nitrógeno de las legumbres

Un biosensor de próxima generación revela el papel fundamental de la giberelina en la fijación de nitrógeno de las legumbres

Un biosensor de próxima generación revela el papel fundamental de la giberelina en la fijación de nitrógeno de las legumbres

Crédito: Universidad de Cambridge

Investigadores de la Universidad de Cambridge han demostrado que la hormona vegetal giberelina (GA) es esencial para la formación y maduración de los nódulos de las raíces fijadores de nitrógeno en las leguminosas y puede aumentar el tamaño de los nódulos. Identificaron el momento y el lugar específicos en los que GA regula la iniciación, el crecimiento y la función de los nódulos. Estos hallazgos ayudan a conciliar informes contradictorios de que tanto la GA inhibe como es necesaria para la nodulación al identificar zonas donde la GA es esencial.

Los cultivos de cereales como el trigo, el maíz y el arroz son cultivos hambrientos de nitrógeno y dependen en gran medida de fertilizantes sintéticos para satisfacer sus necesidades de nitrógeno. Sin embargo, producir fertilizantes nitrogenados sintéticos requiere enormes cantidades de energía, lo que resulta costoso para los agricultores y provoca impactos ambientales negativos, como la contaminación del agua.

A diferencia de los cereales, las legumbres como los guisantes, los frijoles y las legumbres pueden obtener su propio nitrógeno a través de una relación simbiótica natural con las bacterias fijadoras de nitrógeno, que forman órganos laterales derivados de las raíces llamados nódulos. Esta capacidad de fijación de nitrógeno da como resultado un mayor contenido de proteínas en los cultivos de leguminosas, lo que los hace más nutritivos para el consumo humano.

Sin embargo, cuando las concentraciones de nitrógeno en el suelo son relativamente altas, los cultivos de leguminosas dejan de producir nódulos en las raíces y, como resultado, pueden perder rendimientos elevados.

Científicos de todo el mundo están trabajando en cómo aumentar el rendimiento de las leguminosas y transferir sus capacidades de fijación de nitrógeno, pero esto implica desentrañar y comprender las complejas vías genéticas y bioquímicas involucradas en la nodulación y la fijación de nitrógeno.

En una investigación publicada en célula vegetalLaboratorio Dr. Sainsbury de la Universidad de Cambridge (SLCU). El grupo de investigación de Alexander Jones y el grupo del profesor Giles Oldroyd en el Crop Science Center han dado un paso importante hacia este objetivo al revelar la dinámica de GA que regula el desarrollo, la morfología y la función del nitrógeno. – Reparación de nudos de raíz.

Dr. Jones dijo: «Hay algunos informes confusos y contradictorios sobre las funciones de GA en simbiontes de nódulos. Los experimentos han demostrado que agregar GA reduce la nodulación y eliminar GA aumenta la nodulación en leguminosas como Medicago truncatula, lo que sugiere que GA antagoniza la nodulación. Pero hay una legumbre en guisante El mutante produce menos GA y tiene menos nódulos, lo que sugiere que de alguna manera se requiere GA para la nodulación».

«Estos resultados contradictorios sugieren que tal vez algo esté sucediendo con el patrón espacio-temporal de GA. Por ejemplo, puede haber lugares específicos donde GA debería estar presente y algunos lugares donde no lo está. O la concentración precisa de GA es importante. «.

Utilizando el biosensor de próxima generación altamente sensible nlsGIBBERELLIN Perception Sensor 2 (GPS2) desarrollado por Jones Group, el Dr. Colleen Drapek pudo visualizar exactamente dónde y cuándo se produjo el GA y en qué concentraciones relativas. Encontró GA en el primordio del nódulo (la zona de la corteza de la raíz donde las células comienzan a dividirse durante las primeras etapas de la formación del nódulo) infectado con la bacteria Rhizobium en Medicago.

Dr. Drapek dijo: «Al comienzo de la formación del nódulo, se comienza a ver la acumulación de GA en los primordios del nódulo, pero hay poco GA en cualquier otro lugar de la raíz. A medida que el nódulo de la raíz se desarrolla más, se ve que GA se acumula en cantidades bastante grandes. . Las concentraciones siguen siendo altas en los nódulos maduros.»

Para examinar más a fondo lo que está haciendo GA, el Dr. En el primero no se formaron nódulos y en el segundo hubo nódulos grandes. Y añade: «Esto demuestra que la GA es muy importante para la nodulación, pero su función es específica de las zonas donde comienza la nodulación y no del área circundante. Sabemos que una GA baja es buena para la infección temprana de las raíces por rizobios, pero luego es necesario GA para continuar el proceso de nodulación y que los nódulos maduren.»

Dr. Oldroyd Group en SLCU. Investigaciones anteriores realizadas por Katharina Schiesl demostraron que existe una superposición en el programa de desarrollo que utilizan las plantas para formar raíces laterales y nódulos fijadores de nitrógeno.

El profesor Oldroyd dijo: «Estos hallazgos recientes muestran que la acumulación de GA en las raíces es exclusiva del desarrollo de los nódulos y, por lo tanto, es una variable crítica para el desarrollo específico de los nódulos. Estos son conocimientos esenciales para nosotros al intentar transferir la fijación de nitrógeno a otros cultivos. Yuca y cereales «.

Más información:
Colleen Drapek et al., Se reveló la dinámica GA que rige la nodulación utilizando el sensor 2 de percepción de giberelina en los órganos laterales de Medicago truncatula, célula vegetal (2024) DOI: 10.1093/plcell/koae201

Proporcionado por la Universidad de Cambridge

referencia: Un biosensor de próxima generación revela el papel fundamental de la giberelina en la fijación de nitrógeno de las legumbres (23 de julio de 2024). Consultado el 28 de julio de 2024 en https://phys.org/news/2024-07-generation-biosensor-reveals-gibberellin-critical. .html.

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