Las legumbres son una familia de plantas muy consumida que sirven como una fuente importante de proteína dietética, fibra, y otros nutrientes esenciales. Obtienen nitrógeno a través de un proceso especializado conocido como nodulación, una asociación simbiótica en la que las bacterias del suelo infectan la raíz de una planta, formar nódulos en forma de bulbo, y convertir el nitrógeno en una forma amigable para las plantas. Comprender cómo se regula la nodulación puede ayudar a los esfuerzos ambientales para mejorar la eficiencia del cultivo de leguminosas y reducir la necesidad de fertilizantes químicos.

En un estudio publicado en Comunicaciones de la naturaleza , Investigadores de la Universidad de Tsukuba han identificado una vía genética clave en la leguminosa Lotus japonicus que controla la nodulación en respuesta a los niveles de nitrógeno en el suelo.

El nitrógeno es un elemento esencial para todos los organismos vivos, como se usa para fabricar los componentes orgánicos de la vida:ADN, ARN, y proteína. Para legumbres, obtener (o "fijar") nitrógeno a través de nódulos tiene un costo, porque la planta necesita gastar energía y recursos para mantener las bacterias. Debido a esta compensación, las leguminosas deben mantener un equilibrio de nodulación finamente ajustado.

"Los nódulos de las raíces se forman en respuesta a los bajos niveles del suelo de moléculas de nitrógeno fijas como el nitrato, "explica la autora principal Hanna Nishida." Cuando aumenta la concentración de nitrato del suelo, las leguminosas pueden responder inhibiendo la nodulación de las raíces. Se desconocía el mecanismo de esta respuesta, aunque, por lo que nuestro objetivo era señalar cómo ocurre la regulación dependiente de nitratos en estas plantas ".

El equipo de investigación realizó un cribado genético, mutaciones químicas de genes de L. japonicus y búsqueda de mutaciones que hagan que los nódulos no respondan al nitrato. Encontraron un gen que denominaron simbiosis 1 que no responde al nitrato (NRSYM1), que cuando mutan hace que la leguminosa continúe formando nuevos nódulos incluso cuando el nitrato está en el suelo. Además, encontraron que la misma mutación interrumpe la regulación de los nódulos en varios otros puntos de control clave:en plantas deficientes en NRSYM1, el nitrato ya no puede prevenir el crecimiento de nódulos existentes, evitar que los nódulos fijen nitrógeno, o evitar que las bacterias infecten las raíces en primer lugar.

Habiendo confirmado el papel esencial de NRSYM1, el equipo se propuso descubrir cómo lleva a cabo sus numerosos efectos sobre la nodulación. Determinaron que NRSYM1 codifica un factor de transcripción, una proteína que, en presencia de nitrato, activa directamente otro gen que detiene la formación de nuevos nódulos. Si bien el vínculo entre NRSYM1 y los otros puntos de control aún no está claro, los investigadores creen que su estudio sienta las bases para futuros descubrimientos.

"El control de la nodulación de la raíz es un proceso complejo que probablemente involucra múltiples vías de señalización, "El autor correspondiente Takuya Suzaki señala." Nuestro hallazgo de que NRSYM1 es un regulador sensible a los nitratos de la expresión génica es importante, ya que abre la puerta a encontrar otros objetivos genéticos regulados por este factor. Vemos esto como un importante paso adelante en la comprensión de cómo las leguminosas responden al nitrógeno del suelo, y esperamos que esto ayude a informar los programas de mejoramiento y los esfuerzos de ingeniería genética que tienen como objetivo mejorar la eficiencia de los cultivos ".