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¿Que hace a la simbiosis Rhizobium-leguminosa tan especial?

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Jennifer Chain

on 23 May 2011

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Transcript of ¿Que hace a la simbiosis Rhizobium-leguminosa tan especial?

¿Que hace a la simbiosis Rhizobium-leguminosa tan especial? En 1888 por Hellriegel y Wilfarth, El rhizobium ha sido conocido como la fuente principal de la fijación del nitrógeno en los nódulos de raíz de las leguminosas. Un nódulo es el lugar en la raíz de ciertas plantas (en general Leguminosas) donde viven bacterias (Rhizobium) en simbiosis con la planta. El desarrollo de los nódulos, la clave de los descubrimientos de Hellriegel y Wilfarth, se ha convertido en el “santo grial” en biología del campo de la fijación del nitrógeno. RELACION Rhizobium-leguminosas La interacción Rhizobium-leguminosas cae en la categoría de grupos de inoculación cruzada. Por ejemplo Sinorhizobium meliloti, nodula efectivamente con especies de medicago, Melitolus y Trigonella No todas las relaciones de descendientes Rhizobium-Leguminosas, son tan estrechas Por ejemplo, la descendencia Rhizobium NGR234 noduló con 232 especies de leguminosas de 112 géneros Respuesta de las leguminosas al factor Nod Las primeras respuestas a factores Nod, incluyen el flujo de iones a través de la membrana plasmática y una despolarización asociada de la membrana seguida por oscilaciones periódicas en el calcio intracelular, a la que se hace referencia como "adición de calcio" o “picos de calcio” que a su vez están acompañados por deformaciones en los pelos radicales . El rizado de los pelos radicales (que implica la captura de las bacterias) y el crecimiento del hilo de infección para el que es necesaria la presencia de bacterias. No todos los miembros de la familia de las leguminosas nodulan. Subfamilias de leguminosas:
Caesalpinoideae
Mimosoideae
Papilionoideae. Varias gramíneas, incluyendo algunas de gran importancia agrícola como la caña de azúcar (Saccharum officinarum), maíz (Zea mays) y arroz (Oryza sativa) se asocian con diferentes bacterias fijadoras de nitrógeno. ¿Qué hace a esta asociación tan única, que las leguminosas solo forman simbiosis el Rhizobium? Las leguminosas y sus asociaciones con el Rhizobium spp. Han sido en el amplio sentido de la palabra, de extrema importancia para la agronomía No hay fósiles evidentemente identificables como nódulos asociados con raíces de leguminosas.
Aun no sabemos hace cuanto, las primeras leguminosas comenzaron a asociarse con el Rhizobium. ¿Significa esto que las plantas tienen receptores únicos o que tienen paredes celulares inusuales? ¿Producen estas plantas ciertos tipos de moléculas de señal para atraer al simbionte o reprimen varios tipos de moléculas de defensa para así poder hacer la simbiosis posible? ¿Qué características hacen que las leguminosas estén predispuestas a nodular? ¿Qué características son únicas de las leguminosas y no son encontradas en ninguna otra especie dentro de la línea de las Rósidas I? ¿Cuáles son los genes en las dos partes (rhizobum – leguminosas) que permiten que la simbiosis ocurra? ¿Existe la remota posibilidad de encontrar el “Santo grial”? Flavonoides: Señales y moduladores del desarrollo de nódulos. Las raíces de las leguminosas liberan flavonoides e isoflavonoides, compuestos fenólicos que inducen la expresión de los genes de nodulación en el microsimbionte.
La quimiotaxis sólo es necesaria para que las bacterias entren en contacto con la planta. ¿Cómo reconoce el suelo rhizobium a su anfitrión e inicia la simbiosis aun cuando las plantas no leguminosas que crecen en la misma área también son fuentes de flavonoides? Aparentemente esta es la siguiente etapa, donde los flavonoides han sido detectados cuando entra a jugar otro nivel de especificidad. Cuando la bacteria se aproxima o entra en contacto con la raiz que va a infectar, secreta un compuesto lipopolisacarídico denominado factor NOD que induce una serie de deformaciones en los pelos radiculares que permitirán el progreso de la segunda etapa. La identidad del o los receptor(es) del factor Nod en las leguminosas es desconocida.
Su identificación puede ser la clave que lleve a encontrar ese “Santo grial”. El estudio de las plantas Nod- mutantes, han resultado en pistas a la identificación de las proteínas implicadas en la percepción y transducción de señales de factor Nod de gran importancia tanto para el mercado como para la agricultura como; el guisante, frijol, alfalfa, meliloto, y otros. leguminosas modelo como (Medicago truncatula) y (Lotus japonicus) se han utilizado para estudios genéticos . La conexión micorrizal: No específica de las leguminosas, pero una correlación útil. La conexión entre el desarrollo de micorrizas y la nodulación sugieren que la nodulación puede haber evolucionado a partir de la condición micorrízica más antigua. Regulación genética y genes de las leguminosas: ¿Cualidades únicas? Los datos recientes indican que algunos de los genes reguladores tienen dominios que se pueden encontrar exclusivamente en las legumbres. ¿De dónde evolucionó el Rhizobium? ¿Cuáles son los elementos únicos que hacen posible que el Rhizobium haga simbiosis? ¿De dónde vienen los genes de nodulación? Los genes de nodulación son características únicas del Rhizobium. Aunque los Factores Nod pueden tener muchos sustitutos que son importantes para nodular leguminosas específicas, su estructura básica requiere la acción de solo 3 productos de genes: Nod A Nod B Nod C ¿Qué nos dice la secuencia genética del Rhizobium? Sinorhizobium meliloti
Mesorhizobium loti ¿Pueden las leguminosas rhizobiales mutantes, arrojar luz sobre la pregunta, de que genes se puede prescindir y aun así permitir que la simbiosis proceda, en lo que se puede considerar como una condición que sea cercana a la primitiva o de suelo? Conclusiones y perspectivas. En los últimos 20 años los biólogos que estudian el Rhizobium y las leguminosas, han perseguido una investigación científica que en base a esta biodiversidad, sirva para el entendimiento de las complejidades de las simbiosis fijadoras de nitrógeno que son de gran importancia tanto para la agricultura como ambientalmente y que son decididas por la nodulación. No se puede responder la pregunta fundamental; por ejemplo, los matices de la especificidad de huésped y si la nodulación puede o no, extenderse a especies no relacionadas, especialmente las plantas que se encuentran fuera de la línea de Rósidas I. Las leguminosas son únicas en la forma como responden al factor Noden que promueven activamente la entrada de las bacterias a la raíz. Sin embargo, aún no sabemos cómo las leguminosas han desarrollado la capacidad de reconocer las señales de tales o cómo la entrada es realmente posible. Los proyectos genómicos y empresas científicas que incluyen algo de la diversidad de leguminosas y especies de Rhizobium, informan de mejor manera acerca de qué genes se conservan en todos los anfitriones y simbiontes y nos ayudarán a determinar si la habilidad de fijar nitrógeno, puede o no ser transferida a otros cultivos distintos de las leguminosas. El santo grial aun espera Gracias!
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