Disponibilidad hídrica y fijación de nitrógeno en leguminosas: fisiología, metabolismo y proteómica

Abstract

Las entradas de nitrógeno al suelo por medio de la fijación biológica llevada a cabo por plantas de la familia de las leguminosas en simbiosis con bacterias del suelo (rizobios), disminuyen la necesidad de aporte externo de nitrógeno a los cultivos mediante el abonado. Sin embargo, las leguminosas, y su capacidad de fijar el nitrógeno atmosférico cuando se establece la simbiosis con los rizobios son muy sensibles a diferentes estreses. En este trabajo se ha estudiado el papel de la transpiración y del transporte a larga distancia de los metabolitos carbonados y nitrogenados, entre las fuentes y los sumideros, en la regulación de la Fijación biológica de nitrógeno (FBN) en leguminosas de origen tropical (Glycine max (L.) Merr) y templado (Pisum sativum (L.) expuestas a diferentes condiciones de estrés hídrico. La sequía edáfica es el factor que más afecta al proceso de FBN y por esta razón se ha estudiado de manera muy amplia. Pero existen pocos estudios que analizan los efectos de la sequía atmosférica, y sus efectos sobre la FBN en leguminosas. Por ello, en el primer capítulo de este trabajo se analizaron los efectos de la sequía atmosférica sobre la transpiración, el transporte de metabolitos y la FBN en plantas de soja con plena disponibilidad de agua. Las diferentes condiciones de sequía atmosférica se consiguieron mediante la variación de la humedad relativa (HR) del aire que rodea a la parte aérea de las plantas, consiguiendo diferentes valores de déficit de presión de vapor (DPV). Además, se compararon los resultados obtenidos en las plantas sometidas a las variaciones del DPV con plantas tratadas con diferentes agentes que modifican la transpiración (Fusicoccina (FC) y VaporGard (VG)). Las variaciones del DPV provocaron el descenso de la transpiración y del transporte de compuestos carbonados de la parte aérea de las plantas a los tejidos subterráneos, y de compuestos nitrogenados (aminoácidos y ureidos) derivados del proceso de FBN de los nódulos a la parte aérea de las plantas. Ocurre lo mismo en las plantas tratadas con el agente antitranspirante. Sin embargo, la FBN aumento tras 8 horas de exposición a los tratamientos en ambos casos. El descenso de la concentración de almidón en los nódulos cuando las plantas sufrieron los efectos del descenso de la transpiración podría ser el responsable del aumento de la FBN, sustituyendo las fuentes de carbono para evitar el desabastecimiento de esqueletos carbonados y energía del bacteroide, responsable final de la fijación del nitrógeno atmosférico. En el segundo capítulo, se muestran los resultados del análisis proteómico de los nódulos de las plantas de soja sometidas a variaciones del DPV. Los resultados de las variaciones del proteoma nodular por efecto de los tratamientos coincidieron con los resultados de los análisis de metabolitos realizados en el primer capítulo. En el análisis del proteoma nodular se observó un aumento de la abundancia relativa de proteínas relacionadas con el metabolismo de aminoácidos. El protagonismo de las enzimas implicadas en el metabolismo de aminoácidos en los nódulos de soja (que se caracterizan por ser exportadores de ureidos), se correlacionaron perfectamente con la acumulación de aminoácidos observada en los nódulos por efecto del descenso de la transpiración debido a las variaciones del DPV. En el tercer capítulo se analizó el efecto de la aplicación foliar de FC y VG en plantas de guisante con diferentes condiciones de sequía edáfica. En este trabajo se observó que, a corto plazo, en las plantas con plena disponibilidad de agua, el aumento de la transpiración por la aplicación foliar de FC aumentó el transporte de metabolitos entre fuentes y sumideros favoreciendo el proceso de FBN, mientras que el cierre estomático y el descenso de la transpiración provocados por la aplicación foliar de VG, redujo el flujo xilemático inhibiendo el proceso de FBN. Cuando las plantas fueron sometidas a condiciones de estrés hídrico, sin embargo, la aplicación de FC adelantaría e intensificaría los efectos de la sequía por la pérdida de control estomático y la aplicación foliar de VG disminuiría los efectos del estrés hídrico, retrasando sus efectos. En el último capítulo, se analizó el metabolismo del carbono y del nitrógeno del nódulo y el transporte de metabolitos mediante el uso de isótopos estables en plantas de soja y guisante noduladas y con diferentes condiciones de disponibilidad de agua. Para ello se enriqueció la atmósfera del suelo con 13C y 15N, utilizándose como trazadores para el estudio de la absorción y el transporte de los mismos a lo largo de toda la planta. Los resultados sugirieron que tanto la FBN como la absorción de carbono de los nódulos y su posterior transporte a través de la planta, estaban directamente relacionadas con la disponibilidad de agua tanto en las plantas de guisante como en las plantas de soja.