Papel de MtMTP2 y MtATX1 en el tráfico intracelular de metales en nódulos de Medicago truncatula

Resumen

La fijación simbiótica de nitrógeno es uno de los procesos más importantes del ciclo del nitrógeno para su introducción en los ecosistemas. Una de sus formas mejor estudiadas es la relación establecida entre las leguminosas y bacterias diazotrofas llamadas rizobios. En esta interacción se desarrollan unos nuevos órganos en la raíz, los nódulos, donde la fijación de nitrógeno tiene lugar. Este proceso requiere la acción de diversas metaloproteínas por lo que una correcta homeostasis de metales es esencial para su correcto desarrollo. Esta Tesis Doctoral ha caracterizado dos genes relacionados con la homeostasis de zinc y cobre (MtMTP2 y MtATX1, respectivamente) en nódulos de Medicago truncatula y Sinorhizobium meliloti. MtMTP2 es un transportador que introduce zinc en el retículo endoplasmático de las células de los mismos. Su ausencia reduce el crecimiento de las plantas cuando estas dependen del nitrógeno fijado en los nódulos, altera el desarrollo de estos y la diferenciación de los bacteroides, lo que lleva a una reducción drástica en la actividad nitrogenasa. MtATX1 es una Cu+- chaperona específica de nódulos que localiza en las células infectadas. Su ausencia reduce a la mitad la actividad nitrogenasa. MtMTP2 y MtATX1 son requeridos para un correcto desarrollo de la fijación simbiótica de nitrógeno en M. truncatula. ----------ABSTRACT---------- Symbiotic nitrogen fixation is a primary source of assimilable nitrogen in natural ecosystems. The interaction established between legumes and diazotrophic bacteria known as rhizobia is one of the best understood. In this relationship new organs are developed, the root nodules, where symbiotic nitrogen fixation takes place. The process requires relatively large amounts of transition metal as cofactors of many of the enzymes participating in it. In this PhD Thesis, we characterized two genes involved in the M. truncatula and S. meliloti symbiosis related with zinc and copper homeostasis (MtMTP2 and MtATX1, respectively). MtMTP2 is nodule-induced Zn-efflux protein that was localized in the endoplasmic reticulum in root epidermal and endodermal cells, as well as in nodule cells. Loss of MtMTP2 function resulted in altered nodule development and bacteroid differenciation, changes in zinc homeostasis and a severe reduction of nitrogenase activity. MtATX1 is a nodule-specific Cu+-chaperone that is expressed in nodule cells. Its abscense reduces plant growth and nitrogenase activity. Both genes are required for effective symbiotic nitrogen fixation in M. truncatula.