Resumen de Characterization of iron transporters in arbuscular mycorrhiza and their impact on symbiotic functioning
- español
El hierro (Fe) es un micronutriente esencial para el crecimiento y supervivencia de la mayoría de los organismos, ya que desempeñado un papel estructural clave en muchas proteínas y actúa como cofactor de múltiples enzimas. A pesar de que el Fe es uno de los elementos más abundantes en la naturaleza, a menudo no está disponible para las plantas debido a que se encuentra principalmente en su estado oxidado, Fe (III), lo que se agrava en los suelos alcalinos. Para evitar la clorosis férrica y las deficiencias de desarrollo asociadas a la limitación de Fe, las plantas han evolucionado una serie de estrategias que les permitan obtener eficientemente el Fe presente en la rizosfera. Las plantas no gramíneas utilizan la llamada “Estrategia I”, que consta de una H+- ATPasa de membrana plasmática que acidifica la rizósfera y solubiliza el Fe, de una reductasa férrica (FRO1) que reduce el Fe (III) a Fe (II) y de un transportador específico de Fe (II) (IRT) que para su absorción a través de la membrana plasmática. Por otro lado, las gramíneas utilizan la “Estrategia II”, que incluye la producción y exudación de fitosideróforos (PS) que quelan el Fe (III) y transportadores de oligopéptidos YS1 o similares que transportan los quelatos PS-Fe a las células de la raíz. Otra estrategia utilizada por las plantas para incrementar la absorción de hierro lo es el establecimiento de asociaciones beneficiosas con microorganismos del suelo. Los hongos micorrícicos arbusculares (MA), pertenecientes al subfilo Glomeromycotina, son unos de los principales microorganismos que contribuyen a la nutrición de las plantas. Estos hongos forman una simbiosis mutualista con la mayoría de las especies de plantas terrestres. Los hongos MA colonizan biotróficamente el córtex de la raíz, al tiempo que desarrollan una red extensa de hifas en el exterior de la raíz que alcanza y explora zonas del suelo no accesibles a la raíz. A cambio de los compuestos de carbono proporcionados por las plantas, los hongos suministran a la planta los nutrientes minerales que absorben más allá de las zonas de agotamiento de nutrientes desarrolladas alrededor de las raíces. Es ampliamente reconocido que los hongos MA ayudan a las plantas a obtener nutrientes de baja movilidad, como fósforo, nitrógeno, zinc, cobre y Fe. Además de mejorar la captación de nutrientes, los hongos MA incrementan la tolerancia de la planta hospedadora a estreses bióticos y abióticos. Los hongos MA desempeñan un papel crucial en la modulación de la adquisición de metales por parte de las plantas en un amplio rango de concentraciones de metales del suelo, ya que aumentan la adquisición de metales en suelos deficitarios en estos elementos, pero la reducen en suelos contaminados. Varios estudios han puesto de manifiesto que la simbiosis MA mejora el desarrollo de las plantas tanto en suelos deficientes como contaminados con Fe. Sin embargo, los conocimientos actuales sobre los mecanismos de transporte y homeostasis de Fe en MA son muy limitados.
- English
Iron (Fe) is a critical micronutrient for the growth and survival of most organisms, playing an important structural role in proteins and as an enzyme cofactor. Despite its abundance in nature, Fe is often not available to plants, particularly in alkaline soils, since it exists mostly in its oxidized state, Fe (III). To prevent chlorosis and poor development, plants have evolved strategies to acquire Fe from the rhizosphere. Non-grasses plants use a Strategy I, which involves a plasma membrane H+-ATPase to acidify the rhizosphere and solubilize Fe, a ferric reductase (FRO1) to reduce Fe (III) to Fe (II), and the Fe (II) transporter (IRT) for uptake across the plasma membrane. Grasses, on the other hand, employ a Strategy II, which includes the production of phytosiderophores (PS) to chelate Fe (III) and oligopeptide transporters YS1 or YS1-like to transport the PS-Fe chelates into root cells. The establishment of beneficial associations with soil microorganisms is another strategy evolved by plants to cope with Fe deficiency. Arbuscular mycorrhizal (AM) fungi, belonging to the subphylum Glomeromycotina, are among the most prominent microorganisms that contribute to plant nutrition. These fungi form a mutualistic symbiosis with most terrestrial plant species. They colonize biotrophically the root cortex and develop an extensive network of extraradical hyphae in the soil that overgrows the soil surrounding the roots. In return for the carbon compounds provided by the plants, AM fungi deliver to the plant the nutrients they take up beyond the nutrient depletion zones developed around the roots. It is well established that AM fungi can help plants to acquire low mobility nutrients, such as phosphorus, nitrogen, zinc, copper and Fe. Besides enhancing nutrient uptake to their host plants, AM fungi provide increased tolerance against biotic and abiotic stresses. AM fungi play a crucial role in modulating plant metal acquisition over a wide range of soil metal concentrations, as they increase plant metal acquisition in soils deficient in these elements but reduce metal uptake in contaminated soils. The importance of the AM symbiosis for plant development in both Fe-deficient and Fecontaminated soils has been established. However, little is known about the mechanisms of Fe transport and homeostasis in AM. Within this PhD thesis to get further insights into the mechanisms of Fe homeostasis in AM, we employed a multidisciplinary approach combining in silico, physiological and molecular tools. We used the model AM fungus Rhizophagus irregularis DAOM197198 v2.0 and A1, A4, A5, B3 and C2 v1.0, which can be easily grown in in vitro monoxenic cultures and in vivo whole plant bidimensional experimental systems. For the studies on the plant side we used Solanum lycopersicum, an economically important crop that has been used as a model plant for studying Fe homeostasis in Strategy I plants.
