Resumen de Producción de óxido nítrico en nódulos de soja. Implicación de la desnitrificación
En estudios previos, realizados en el Departamento de Microbiología del Suelo y Sistemas Simbióticos de la Estación Experimental del Zaidín, se aislaron y caracterizaron los genes napEDABC, nirK, norCBQD y nosRZDFYLX de Bradyrhizobium japonicum, cuyos productos se identificaron como las enzimas nitrato reductasa periplásmica (Nap), nitrito reductasa (NirK), óxido nítrico reductasa (Nor) y óxido nitroso reductasa (Nos), respectivamente. Estas enzimas llevan a cabo, de modo secuencial, la reducción del nitrato a dinitrógeno molecular, proceso conocido como desnitrificación.
Posteriormente, se demostró, que la hipoxia y el nitrato inducen la formación de complejos nitrosil-leghemoglobina (LbNO) en nódulos de soja. También se demostró la contribución de la reducción anaeróbica del nitrato por los bacteroides de Bradyrhizobium japonicum en la generación de dichos complejos. El nitrito y el óxido nítrico, intermediarios del proceso de desnitrificación, podrían, por tanto, contribuir a la formación de los complejos LbNO. Sin embargo, al inicio de este trabajo se desconocían las posibles fuentes de NO en nódulos de soja.
El NO puede inhibir la acitividad de la enzima nitrogenasa. También se ha sugerido que el NO puede afectar a la actividad nitrogenasa de un forma indirecta, uniédose a la Lb e interfiriendo en su función como transportadora de oxígeno. Sin embargo, al inicio de este trabajo, no se conocía el papel fisiológico de la producción de NO en nódulos de leguminosas. Como se ha comentado anteriormente, en nuestro grupo de investigación, se demostró que la hipoxia induce la formación de LbNO en nódulos de soja. Con el objeto conocer la implicación fisiológica de la producción de NO en nódulos, se hacía necesario cultivar las plantas en condiciones fisiológicas que provocaran hipoxia en las raíces, como es el caso del encharcamiento.
La desnitrificación en bacteroides, además de ser una fuente de NO en nódulos, puede ser un mecanismo de destoxificación. Por ello, al inicio de este trabajo, se consideró interesante identificar otros posibles sistemas de destoxificación de NO en nódulos de soja.
Durante el desarrollo de esta Tesis Doctoral se ha demostrado que:
1. El encharcamiento induce la formación de NO y de complejos nitrosil- leghemoglobina (LbNO) en nódulos de soja. Tanto el nitrito, producido por la enzima nitrato reductasa periplásmica (Nap), como el NO, producido por la enzima nitrito reductasa (NirK) de Bradyrhizobium japonicum, son los principales responsables de la formación de complejos LbNO en nódulos de soja en respuesta a condiciones de encharcamiento.
2. El NO producido en los nódulos de soja por la enzima NirK de B. japonicum, en respuesta a encharcamiento, disminuye la expresión de los genes estructurales de la nitrogenasa, nifH y nifD.
3. Además de transportar óxigeno a los simbiosomas, se propone una función adicional para la Lb como mecanismo de destoxificación de nitrito y óxido nítrico en nódulos de soja, producidos por la denitrificación de los bacteroides en respuesta a encharcamiento.
4. Se ha demostrado la implicación fisiológica del efecto negativo del NO en la expresión de la nitrogenesa, dado que la fijación de nitrógeno de plantas de soja inoculadas con la mutante nirK de B. japonicum, en la que no se produce NO via desnitrificación, es más tolerante al encharcamiento que la de las plantas inoculadas con la mutante norC, que acumula NO en nódulos.
5. El gen nirB de B. japonicum, que codifica una enzimanitrito reductasa asimilatoria, está implicado en la asimilación de nitrato en células cultivadas en vida libre. Además, se propone la posible implicación de NirB en la destoxificación de nitrito y NO en nódulos de soja.
