Caracterización del efecto de Arthrobacter agilis UMCV2 y de la dimetilhexadecilamina en el proceso de nodulación de Medicago truncatula

Abstract

Leguminosae represents the second-most important plant family in agriculture given their extensive uses, including as a food source for human and cattle, and as a raw material for the industry. One of the most important characteristics of the legume family is it’s the ability to form specialized organs called nodules in a symbiotic association with bacteria called rhizobia. Within the nodules, rhizobia can fix atmospheric nitrogen and convert it to ammonium; which is used by the plant for its development. Diverse genes that control nodulation in distinct phases have been characterized. For example, the genes NFP, DMI1 and DMI2 are involved in the early signaling pathway during the legume-rhizobia recognition. The SUNN gene is involved in controlling nodule organogenesis, while the NAD1 gene participates in nodule maintenance. The nitrogen fixation process consumes high amounts of plant iron content and involves several enzymes. Some rhizobacteria are capable of promoting nodulation when co-inoculated with rhizobia, as in the case of Arthrobacter agilis UMCV2. This rhizobacteria promotes plant growth and plant iron uptake by emitting the compound dimethylhexadecylamine (DMHDA). In this study, diverse assays for nodulation were performed by employing the model legume Medicago truncatula, laboratory strains of Sinorhizobium meliloti 1021, 2011 and GR4, and the wildtype strains S. medicae UMAC1, UMAC2, UMAC3 and UMAC4, by co-inoculating with A. agilis UMCV2. Plants co-inoculated with S. medicae UMAC4 and A. agilis UMCV2 produced a large number of functional nodules than those produced by plants inoculated only with S. medicae UMAC4.

Las leguminosas son de gran importancia para la agricultura, debido a su empleo en la alimentación humana y del ganado, además de ser utilizadas como materia prima en la industria. Una de las características más relevantes de las leguminosas es su capacidad de formar órganos especializados llamados nódulos en una asociación simbiótica con bacterias denominadas rhizobias. En nódulos, las rhizobias pueden fijar nitrógeno atmosférico y convertirlo en amonio, el cual es utilizado por la planta para su desarrollo. Se han caracterizado diversos genes que controlan el proceso de nodulación actuando en distintas etapas durante la formación del nódulo. Por ejemplo, los genes NFP, DMI1 y DMI2 están involucrados en el reconocimiento de la rhizobia y la leguminosa hospedera; mientras que el gen SUNN en el control de la organogénesis y el gen NAD1 en el mantenimiento del nódulo. Por otra parte, se conoce que en el proceso de fijación de nitrógeno hay una alta demanda de hierro, para la formación de las enzimas involucradas en la fijación de nitrógeno. Algunas rhizobacterias tienen la capacidad de favorecer el proceso de nodulación cuando se co-inoculan con rhizobias, tal es el caso de Arthrobacter agilis UMCV2. Se ha documentado que esta rhizobacteria promueve el crecimiento y la absorción de hierro en plantas a través de la emisión del compuesto volátil dimetilhexadecilamina (DMHDA). En el presente trabajo se realizaron ensayos de nodulación entre la leguminosa modelo Medicago truncatula y las cepas de colección de Sinorhizobium meliloti 1021, 2011 y GR4 y las cepas silvestres de Sinorhizobium medicae UMAC1, UMAC2, UMAC3 y UMAC4 co-inoculadas con A. agilis UMCV2. Cuando las plantas interactúan con S. medicae UMAC4 y A. agilis UMCV2 se aumenta el número de nódulos funcionales respecto a los ensayos donde solo se inoculó S. medicae UMAC4.