Estudio y aplicación de vesículas extracelulares de membrana rizobianas durante la simbiosis con leguminosas

• Autores: Natalia Moreno De Castro
• Directores de la Tesis: José Manuel Borrero Acuña (dir. tes.), Francisco Pérez Montaño (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2026
• Idioma: español
• Número de páginas: 335
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  • Tesis en acceso abierto en: IdUS
• Resumen

  • La fijación biológica del nitrógeno (FBN), resultado de la simbiosis entre rizobios y leguminosas, constituye un proceso esencial para la sostenibilidad de la agricultura, al permitir la conversión del nitrógeno atmosférico en formas asimilables por la planta y reducir la dependencia de fertilizantes químicos. El establecimiento de esta simbiosis depende de un intercambio de señales altamente específico, en el que participan flavonoides vegetales, factores de nodulación (NFs) bacterianos y otros determinantes como polisacáridos, proteínas efectoras y vesículas extracelulares (EVs).

    En los últimos años, las EVs producidas por bacterias gran-negativas han emergido como un mecanismo alternativo de comunicación intercelular, propuesto como un sistema de secreción de tipo 0 (T0SS). Estas nanovesículas permiten el transporte protegido de moléculas hidrofóbicas, proteínas y ácidos nucleicos, concentrándolos en un formato biológicamente activo. Aunque su papel en patogenicidad está bien documentado, su implicación en simbiosis beneficiosas ha sido poco explorada. En este contexto, esta Tesis Doctoral analiza las EVs producidas por Sinorhizobium fredii HH103 y su papel en la simbiosis con leguminosas. Los resultados muestran que flavonoides inductores como la genisteína no solo activan genes de nodulación, sino que inducen hipervesiculación, aumentando significativamente la producción de EVs. Mediante UHPLC-HRMS/MS se identificaron por primera vez NFs asociados a estas vesículas, con un enriquecimiento en moléculas de alto peso molecular, lo que sugiere un empaquetamiento selectivo de señales simbióticas. Estas EVs inducidas promovieron la formación de primordios nodulares en soja de manera dosis-dependiente y aumentaron la eficiencia simbiótica en sistemas planta-rizobio compatibles, incrementando el número de nódulos y la biomasa vegetal.

    El análisis proteómico del cargo vesicular reveló un enriquecimiento en proteínas implicadas en comunicación, adhesión, metabolismo de compuestos vegetales y adquisición de nutrientes, incluyendo transportadores de hierro. Destaca la presencia de efectores del sistema de secreción tipo III (NopM, NopP y un homólogo de AvrBS3), lo que apoya el papel de las EVs como plataforma multifuncional de entrega de señales.

    El estudio de los mecanismos de biogénesis, mediante el análisis de BamD y LemA, mostró que la sobreexpresión de bamD, componente del complejo BAM implicado en el ensamblaje de la membrana externa, induce hipervesiculación, aunque con un impacto negativo en la eficiencia simbiótica. Por su parte, LemA se asoció a procesos de remodelación de membrana y generó vesículas con elevada actividad biológica. Los análisis de interactómica evidenciaron interacciones de ambas proteínas con componentes del divisoma, sugiriendo un acoplamiento entre división celular y biogénesis vesicular. Además, ambos factores modulan la composición del cargo de las EVs.

    Finalmente, se identificó AuxT, un transportador de auxinas de membrana interna con homología estructural a proteínas PIN vegetales. Se demostró la producción constitutiva de auxinas en S. fredii HH103 y el papel de AuxT en su incorporación a EVs y en el mantenimiento de niveles hormonales en el nódulo. La ausencia de AuxT redujo significativamente la eficiencia simbiótica, lo que lo sitúa como un factor clave en la modulación del equilibrio hormonal durante la simbiosis.

    En conjunto, esta Tesis demuestra que las EVs rizobianas son estructuras funcionales altamente especializadas en la comunicación planta-bacteria, con implicaciones directas en la eficiencia simbiótica. Estos resultados amplían el conocimiento sobre la interacción rizobio-leguminosa y abren nuevas posibilidades biotecnológicas basadas en el uso de EVs bacterianas.