Papel de la familia de transportadores de amino ácidos UMAMIT en la simbiosis leguminosa-rizobio

Las leguminosas son plantas capaces de llevar a cabo la fijación biológica de nitrógeno, mediante el establecimiento de una simbiosis mutualista, con bacterias rizobio del suelo. Esta simbiosis, fundamental en ecosistemas y agricultura, requiere un intercambio de nutrientes entre la planta y la bacteria. Estudios transcriptómicos recientes han identificado varios genes de la familia de transportadores de aminoácidos UMAMIT cuya expresión se induce en las etapas iniciales de la simbiosis. Sin embargo, su contribución al establecimiento de esta simbiosis fijadora de nitrógeno no se ha estudiado en profundidad. El objetivo de este trabajo es evaluar el efecto del silenciamiento de varios de estos trasportadores de aminoácidos UMAMIT en la simbiosis leguminosa-rizobio. Para ello se han caracterizado plantas mutantes CRISPR-Cas9 de Medicago truncatula, que presentan el silenciamiento de tres de los genes UMAMIT inducidos simbióticamente, y se han comparado con plantas M. truncatula R108 como genotipo silvestre. Para el establecimiento de la simbiosis, las plantas se inocularon con dos cepas de rizobio con distinta capacidad fijadora de nitrógeno, Sinorhizobium meliloti y Sinorhizobium medicae. Tras la medida de parámetros fotosintéticos y del estado nitrogenado de la hoja, la fijación de nitrógeno y la biomasa de la planta, se han encontrado diferencias significativas entre las plantas mutantes y el genotipo silvestre. También se encontraron diferencias en el tamaño medio de los nódulos presentes en las raíces y una acumulación inusual de almidón en nódulos de plantas mutantes. Todas estas diferencias sugieren una deficiencia de nitrógeno en las plantas mutantes, demostrando así la importancia de la expresión de los genes de la familia UMAMIT en la simbiosis leguminosa-rizobio.

Legumes are plants capable of carrying out biological nitrogen fixation, through the establishment of a mutualistic symbiosis, with soil rhizobium bacteria. This symbiosis, fundamental in ecosystems and agriculture, requires an exchange of nutrients between the plant and the bacteria. Recent transcriptomic studies have identified several genes of the UMAMIT amino acid transporter family whose expression is induced in the initial stages of symbiosis. However, their contribution to the establishment of this nitrogenfixing symbiosis has not been studied in depth. The objective of this work is to evaluate the effect of silencing several of these UMAMIT amino acid transporters on the legumerhizobium symbiosis. To this end, CRISPR-Cas9 mutant plants of Medicago truncatula have been characterized, which present the silencing of three of the symbiotically induced UMAMIT genes, and have been compared with M. truncatula R108 plants as a wild genotype. To establish the symbiosis, the plants were inoculated with two rhizobium strains with different nitrogen-fixing capacity, Sinorhizobium meliloti and Sinorhizobium medicae. After measuring photosynthetic parameters and the nitrogenous state of the leaf, nitrogen fixation and plant biomass, significant differences have been found between the mutant plants and the wild genotype. Differences were also found in the average size of the nodules present on the roots and an unusual accumulation of starch in nodules of mutant plants. All these differences suggest a nitrogen deficiency in the mutant plants, thus demonstrating the importance of the expression of the UMAMIT family genes in the legume-rhizobium symbiosis

Graduado o Graduada en Biotecnología por la Universidad Pública de Navarra

Bioteknologiako Graduatua Nafarroako Unibertsitate Publikoan