Análisis molecular y funcional de la celulasa celc2 en la simbiosis rhizobia-leguminosas

[ES] La endosimbiosis Rhizobium-leguminosa constituye la fuente biológica de nitrógeno más eficiente en agricultura. El proceso de infección entre ambos está estrechamente regulado para asegurar la correcta penetración del microsimbionte en las células vegetales. En este trabajo, comprobamos que la celulasa CelC2 de Rhizobium leguminosarum bv. trifolii es esencial en el proceso de infección canónico en trébol ya que genera un orificio específicamente en el ápice no cristalino del pelo radical, por el que penetra la bacteria. Por otra parte, el gen celC, se encuentra muy conservado dentro del género Rhizobium y su sobreexpresión provoca la formación de canales de infección y nódulos aberrantes y un aumento de la competitividad de las bacterias. Estos fenotipos son resultado de la hidrólisis incontrolada de la celulosa no cristalina, cuya distribución en la planta se restringe a los puntos de infección primaria y secundaria. Por otra parte, la expresión heteróloga de la celulasa CelC2 en Sinorhizobium meliloti 1021, provoca un retraso en la nodulación y en la fijación de nitrógeno en plantas de Medicago, lo que sugiere que la infección mediada por endoglucanasas no se limita a Trifolium. Además, la aplicación del enzima purificado altera el patrón de los pulsos de calcio inducidos por los factores de nodulación y a la expresión de las nodulinas tempranas. Por tanto, estos datos indican la importancia de una estrecha regulación en la producción de enzimas degradativos de la pared celular vegetal en los rizobios para que la nodulación sea efectiva. Por último, la celulasa CelC2 está involucrada en la biosíntesis de celulosa en Rhizobium, que actúa a su vez en la formación de biopelículas tanto in planta como in vitro. Todos estos resultados confirman la funcionalidad de la celulasa CelC2 en la colonización y la infección durante el establecimiento de la simbiosis fijadora de nitrógeno en leguminosas.

[EN] Rhizobium-legume endosymbiosis is the biological source of nitrogen more efficiently in agriculture. The infection process between the two is tightly regulated to ensure proper penetration of micro organisms in plant cells. In this study, we found that the cellulase CelC2 of Rhizobium leguminosarum bv. trifolii is essential in the infection process canonical clover because it generates a specific hole in the noncrystalline apex of root hair, which penetrates the bacteria. Moreover, the gene Celco, is highly conserved in Rhizobium and its overexpression causes the formation of channels of infection and aberrant nodules and increased competitiveness of the bacteria. These phenotypes are the result of uncontrolled hydrolysis of crystalline cellulose, which are distributed in the plant is restricted to points of primary and secondary infection. Moreover, heterologous expression of cellulase in Sinorhizobium meliloti CelC2 1021, causing a delay in nodulation and nitrogen fixation in Medicago plants, suggesting that infection mediated by endoglucanases not limited to Trifolium. In addition, the application of purified enzyme alters the pattern of pulses of calcium-induced nodulation factors and the expression of early nodulinas. Therefore, these data indicate the importance of tight regulation in the production of degradative enzymes in the plant cell wall in the rhizobia for nodulation effective. Finally, CelC2 cellulase is involved in cellulose biosynthesis in Rhizobium, which in turn acts in biofilm formation both in planta and in vitro. All these results confirm the functionality of cellulase CelC2 in colonization and infection during the establishment of nitrogen-fixing symbiosis in legumes.