Análisis funcional de un sistema transportador de rizopinas en la simbiosis Rhizobium-leguminosa

La simbiosis entre leguminosas y bacterias del género Rhizobium implica un complejo diálogo molecular que culmina en la formación de nódulos radiculares donde las bacterias se diferencian en bacteroides, las formas especializadas fijadoras de nitrógeno. Un análisis proteómico comparativo de bacteroides inducidos por la cepa UPM791 de Rhizobium leguminosarum bv. viciae (Rlv) en nódulos de guisantes y lentejas reveló la presencia de un número relevante de proteínas cuya expresión es dependiente de hospedador. Estos resultados sugieren que cada leguminosa hospedadora suministra un ambiente único en el nódulo, que resulta en la inducción de diferentes respuestas adaptativas en la bacteria que serían esenciales para la obtención de una simbiosis efectiva. Se ha demostrado que el metabolismo de estos compuestos derivados de inositol, que actúan como nutrientes en la rizosfera, promueven la competitividad bacteriana y fortalecen la simbiosis. Se ha demostrado que el genoma de Rlv UPM791 codifica cinco proteínas de unión a rizopinas. El análisis de expresión bajo condiciones simbióticas ha probado que RLV_6930 es la se induce a niveles mayores en bacteroides de guisantes y que la expresión dependiente de hospedador se ejerce a nivel transcripcional. Para investigar el papel funcional de RLV_6930, se realizó un análisis de alineamiento de secuencia y modelado estructural, el cual mostró que RLV_6030 presenta una alta homología con MocB de Sinorhizobium meliloti, previamente descrita por su implicación en el catabolismo de rizopina, y una conservación estructural similar a proteínas de unión a carbohidratos. Los estudios funcionales han revelado que un mutante en el sistema transportador dependiente de hospedador RLV_6928-6930 no se vio afectado en la simbiosis ni en la competitividad por la nodulación en plantas de guisante. Sin embargo, la sobreexpresión de este sistema en la cepa silvestre afectó negativamente la simbiosis Rlv-guisante y redujo su competitividad por la nodulación. Estudios futuros permitirán esclarecer el posible papel de las otras proteínas de unión a rizopinas presentes en Rlv UPM791, que podrían actuar bajo condiciones simbióticas en ausencia de RLV_6930. Este estudio contribuye al avance en la comprensión de los mecanismos moleculares requeridos para la adaptación bacteriana a su leguminosa hospedadora, y en los que el catabolismo de rizopinas se presenta como una prometedora característica bacteriana para la elaboración de inoculantes en base a cepas rizobianas más competitivas y eficientes en la fijación de nitrógeno. ABSTRACT The symbiosis between legumes and bacteria of the genus Rhizobium involves a complex molecular dialogue that culminates in the formation of root nodules where bacteria differentiate into bacteroids, the nitrogen-fixing specialized form. Comparative proteomic analysis of bacteroids induced by Rhizobium leguminosarum bv. viciae (Rlv) UPM791 in pea and lentil nodules revealed the presence of a relevant number of proteins that exhibit a host-dependent expression. These results suggest that each host plant provides a unique nodule environment resulting in the induction of different bacterial adaptive responses that might be essential to obtain an effective symbiosis. Among the host-specific proteins, a potential rhizopine-binding protein, RLV_6930, component of an ABC transporter system, was found to be up-regulated in pea bacteroids, that might be involved in the catabolism of rhizopines. The metabolism of these inositol-derived molecules acting as rhizosphere nutrients has been shown to promote bacterial competitiveness and strength the symbiosis. The Rlv UPM791 genome has been shown to encode five rhizopine-binding proteins. Expression analysis under symbiotic conditions has revealed that RLV_6930 is the most highly induced in pea bacteroids and that its host-dependent expression is exerted at transcriptional level. In order to investigate the functional role of RLV_6930, a protein sequence and structural modelling alignment was conducted, revealing that it shows high homology with MocB from Sinorhizobium meliloti, previously shown to be involved in rhizopine catabolism, and a similar structural conservation to carbohydrate-binding proteins. Functional studies revealed that a mutant affected in the host-dependent transporter system RLV_6928-6930 was not impaired in symbiotic performance and competitiveness for nodulation in pea plants. However, the overexpression of the transporter system in the wild type strain negatively affected the Rlv-pea symbiosis and reduced its competitiveness. Future studies will allow to elucidate the potential role of the other rhizopine-binding proteins present in Rlv UPM791 that might operate under symbiotic conditions in the absence of RLV_6930. This study contributes to advance in the elucidation of the molecular mechanisms required for bacterial adaptation to its legume host in which the catabolism of rhizopines is present as a promising bacterial trait to the development of legume inoculants based on strains that are more competitive and efficient in fixing nitrogen.