Evaluacion de la relevancia de los sistemas de dos componentes en la tolerancia a estrés de Sinorhizobium (Ensifer) meliloti

Abstract

Ensifermeliloti es unaα-proteobacteria habitante del suelo que posee la capacidad de asociarse ensimbiosis con raíces de plantas leguminosas de los géneros Medicago, Melilotus y Trigonella, y de formar nódulosradiculares dónde el nitrógeno atmosférico es convertido en amonio. La simbiosisrizobio-leguminosa es la responsable de la incorporación del 40% del total delnitrógeno incorporado a la biosfera. Esta alta eficiencia de fijación permiteprescindir en parte de la administración de fertilizantes nitrogenados que son costosos, ecológicamentecontaminantes y requierenuna gran cantidad de combustibles fósiles para su síntesis.Actualmente las leguminosas constituyen el 27% de laproducción agrícola del mundo y en laspróximas décadas tal producción deberá aumentar para satisfacer las necesidadesalimentarias de un mundo más poblado y con menos cantidad de recursos y tierrasarables. En este contexto, resulta preponderante aumentar el uso y losrendimientos de especies leguminosas. En su vida libre, los rizobios deben enfrentarsituaciones adversas que impactan en la asociación simbiótica, hecho que sepone de manifiesto en una menor supervivencia del rizobio en el suelo y en unasenescencia prematura de la planta. Como consecuencia de esto, se obtienenbajos rendimientos de forraje y semilla. Los rizobios tienen lacapacidad de adaptarse a las fluctuaciones del ambiente por medio de losllamados sistemas de dos componentes, sistemas con la capacidad de detectar unasituación de cambio extra o intracelular, transferir la información y mediaruna respuesta celular adaptativa. Frecuentemente, la adaptación estárelacionada con modificaciones de la expresión génica que resultan en un cambiodel metabolismo. Estos mecanismos de adaptación aún no ha sido evaluadoen su totalidad en especies rizobiales, en particular en aquellos relacionadoscon la fisiología de adaptación a estreses abióticos. El presente trabajo detesis avanza en el estudio de estos aspectos, haciendo foco en situaciones deestrés que suelen encontrar los rizobios en suelos agrícolas. La manipulaciónracional de la tolerancia al estrés para el mejoramiento de cepas requiere deuna mayor caracterización genética y funcional de los marcadores deresistencia/tolerancia y mecanismos involucrados. En este contexto, noshemos concentrado en estudiar cómo los rizobios noduladores de alfalfaperciben y se adaptan a condiciones subóptimas del medio. Este trabajocaracteriza el sistema de dos componentes SMc02366/SMc02367, presente en elrizobio modelo E. meliloti 2011, comorelevante para la tolerancia a estrés ácido, a altas concentraciones de metalesde transición y en el establecimiento de una correcta asociación simbiótica consu planta huésped, alfalfa. Esta tesis en particular, avanza en el estudio delos genes y mecanismos involucrados en los circuitos en los que participan el reguladortranscripcional SMc02366 y la histidina quinasa SMc02367. Para ello utilizamosherramientas microbiológicas clásicas, genéticas, bioquímicas, moleculares yómicas de última generación, construimos bacterias isogénicas mutantes en loscomponentes de este sistema, y analizamos las consecuencias bioquímicas ymetabólicas de tales mutaciones.Abordar estos objetivos podría permitir mejorar laspropiedades bacterianas en beneficio de la planta hospedadora y nos acercaría ala posibilidad de emprender el mejoramiento racional del sistema, para eldiseño de nuevos productos biofertilizantes conformados por rizobios fijadoresde nitrógeno y promotores del crecimiento vegetal. De esta manera, es posibleprogresar en la optimización de la Fijación Biológica de Nitrógeno por lasimbiosis rizobio-leguminosa, un proceso natural que es clave para enfrentarlas demandas que el planeta enfrentará en las próximas décadas.