Análisis de la expresión de los genes del metabolismo de trehalosa de Rhizobium etli CFN 42 en condiciones de vida libre y en simbiosis con Phaseolus vulgaris

RESUMEN La fijación biológica de nitrógeno (FBN) es la conversión del nitrógeno atmosférico en compuestos asimilables como el amonio y es realizado por algunos organismos procariontes; representa uno de los procesos más importantes en el planeta ya que proporciona alrededor del 70% de todo el nitrógeno requerido en los ecosistemas naturales y agroecosistemas. Dentro de los principales microorganismos fijadores de nitrógeno, Rhizobium es un género de bacterias Gram negativas ampliamente descrito por interaccionar en simbiosis con plantas leguminosas y fijar nitrógeno atmosférico a través de estructuras conocidas como nódulos de fijación de nitrógeno (Moreira, 2011; Rees et al., 2005). Por otro lado, uno de los factores que limitan el adecuado crecimiento y rendimiento de cultivos son los factores abióticos como el estrés por sequía, salinidad y temperaturas extremas que provocan la deshidratación de los tejidos de las plantas, daño celular y eventualmente la muerte de cultivos; sin embargo, existen organismos denominados anhidrobióticos capaces de generar estrategias de adaptación en terrenos expuestos a factores abióticos desfavorables (Bartels y Sunkar, 2005; Clegg, 2001). A través de diversas investigaciones se ha determinado que la característica común entre estos organismos para adaptarse a ciertos tipos de estrés es su capacidad de sintetizar y acumular cantidades importantes de trehalosa; la trehalosa (α-D- glucopiranosil-[1,1]-α-D-glucopiranosido) es un disacárido no reductor encontrado en muchos grupos biológicos como animales, plantas, insectos, hongos y bacterias, el cual tiene funciones de molécula de reserva energética, estabilizador, protector estructural y osmoprotector. El metabolismo de la trehalosa es importante en plantas en aspectos del crecimiento, rendimiento y adaptación a algunos tipos de estrés abiótico y en bacterias que fijan nitrógeno, es clave en la respuesta a altas temperaturas y estrés por desecación (Reina-Bueno et al., 2012; Suárez et al., 2008; Elbein et al., 2003; Müller et al., 2001). Rhizobium etli CFN 42 cuenta con tres rutas de biosíntesis de trehalosa conocidas como OtsA-OtsB, TreY-TreZ y TreS; la vía de absorción y degradación comprende la participación del operón thu (ThuEFGK) y los genes thuAB; en este organismo estos genes están repartidos en su cromosoma y los plásmidos a, c, e y f (González et al., 2006; Jensen et al., 2005). En trabajos previos se ha demostrado que la sobre expresión de la vía de síntesis de trehalosa OtsA en R. etli confiere tolerancia a diferentes tipos de estrés abiótico; de igual forma se ha determinado que los genes de degradación de trehalosa, thuA y thuB en Sinorhizobium meliloti son importantes para la nodulación, así como en la colonización de la raíz (Suárez et al., 2008; Jensen et al., 2005). En el presente trabajo se analizó el patrón de expresión de los genes de biosíntesis de trehalosa de R. etli empleando fusiones transcripcionales de los genes de síntesis (otsA del cromosoma y el plásmido a, otsB, treS de cromosoma y plásmido f, treY, treZ) y degradación (thuApf) de trehalosa en R. etli CFN 42; el análisis de su expresión se realizó: 1) cualitativamente, en vida libre (bajo condiciones de estrés salino, térmico y en medio mínimo M9 con trehalosa como única fuente de carbono), y durante la interacción de R. etli CFN 42 con raíces de plantas de frijol a los 7, 14 y 21 días posteriores a la infección; a través de estos ensayos observamos una expresión activa de las vías de síntesis de trehalosa bajo estrés térmico y osmótico, así como durante la formación de nódulos de fijación de nitrógeno. 2) cuantitativamente, a través de la medición de la actividad enzimática, mismo en el que observamos una expresión importante del gen otsA. A través de un estudio bioinformático se identificó la región promotora, así como dos posibles reguladores (rpoD y rpoN) de los genes bajo estudio; finalmente se construyó la relación filogenética de los genes evaluados mediante árboles con el método Neighbour-Joining; de manera interesante, el par de los genes treS y treZ parecen no estar estrechamente relacionados, indicando un posible mecanismo de adquisición tal como fue reportado para el gen otsA.