Respuesta transcriptómica y celular a metales pesados de la simbiosis Medicago truncatula-Ensifer spp

Resumen

El mercurio (Hg) y el cadmio (Cd), dos de los metales pesados más tóxicos que existen, contaminan suelos y afectan la diversidad y la población de microorganismos y vegetación, y la salud humana a través de la cadena alimentaria. La fitorremediación representa una alternativa para recuperar suelos contaminados por metales pesados mediante el uso de plantas y sus microrganismos asociados, como es el caso de las leguminosas noduladas por rizobios. En esta Tesis Doctoral se evaluó el efecto del Hg y del Cd sobre la simbiosis de rizobios del género Ensifer y una de sus leguminosas hospedadoras Medicago truncatula, a diferentes niveles. En primer lugar, se analizó el efecto del Hg sobre el transcriptoma de hojas, raíces y nódulos de plantas de M. truncatula en simbiosis con E. medicae, mediante microarrays. Se han utilizado dos variedades de M. truncatula con diferente tolerancia al Hg, inoculadas con dos cepas de E. medicae con contrastada sensibilidad al metal. Se estudió el efecto del Hg sobre la estructura de los nódulos, mediante microscopía óptica, y sobre la actividad nitrogenasa, y se determinó el contenido de Hg en los distintos tejidos. Se observaron diferencias entre las cuatro combinaciones leguminosa-rizobio. Los resultados obtenidos indican que la tolerancia de la cepa tiene un papel importante en la respuesta transcriptómica de la planta frente al Hg. El análisis transcriptómico de genes de leghemoglobinas, NCRs y GPRs indican que el Hg puede afectar al proceso de diferenciación de bacteroides. Por otro lado, se estudió el efecto del Cd en la nodulación de M. truncatula por Ensifer spp. Para ello se seleccionaron dos cultivares de M. truncatula, uno tolerante y otro sensible a Cd, que se inocularon con cepas de rizobio con diferente sensibilidad a Cd: una cepa más tolerante, aislada de un suelo minero, E. medicae VMo01, y otra más sensible, E. meliloti 2011. La combinación formada por los simbiontes más tolerantes fue la menos afectada por el Cd en la nodulación. También se han estudiado transportadores y canales de sodio (NHX7) y potasio (AKT1, SKOR) en nódulos de M. truncatula-E. meliloti y el efecto del Cd. Mediante clonaje, transformación de plantas, y microscopía láser confocal, se analizó la localización y expresión génica de dichos transportadores. Los resultados mostraron que en las células infectadas se produjo una relocalización de estos transportadores, perdiéndose su localización en la membrana plasmática. El transportador SKOR se localizó en la membrana de los simbiosomas. Estos resultados sugieren que los transportadores estudiados podrían intervenir en la diferenciación de las células infectadas y en el proceso de senescencia de simbiosomas y del nódulo. No se detectaron cambios en la localización de estos transportadores en respuesta al Cd. Con el fin de analizar la implicación de estos transportadores en la fijación de nitrógeno se determinó la actividad nitrogenasa de plantas transformadas con las construcciones que contenían promotores de sobreexpresión, pero no se observaron diferencias significativas respecto a los controles no transformados.