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Tesis:

Papel de MtNramp1, MtYSL1, MtYSL8 en la homeostasis de metales en el nódulo de Medicago truncatula

  • Autor: CASTRO RODRÍGUEZ, María del Rosario

  • Título: Papel de MtNramp1, MtYSL1, MtYSL8 en la homeostasis de metales en el nódulo de Medicago truncatula

  • Fecha: 2017

  • Materia: Sin materia definida

  • Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS AGRONOMOS

  • Departamentos: BIOTECNOLOGIA

  • Acceso electrónico: http://oa.upm.es/48534/

  • Director/a 1º: GONZÁLEZ GUERRERO, Manuel

  • Resumen: La fijación simbiótica de nitrógeno llevada a cabo por la interacción establecida entre las leguminosas y bacterias diazotróficas conocidas como rizobios, es una fuente primaria de nitrógeno asimilable en ecosistemas naturales, y un elemento esencial en muchas estrategias de agricultura sostenible. Este proceso fisiológico es llevado a cabo por bacterias endosimbióticas que viven en unos órganos diferenciados en la raíz, los nódulos. La fijación simbiótica de nitrógeno requiere de cantidades relativamente grandes de metales de transición como cofactores esenciales de muchas de las enzimas que participan en ella. En esta Tesis Doctoral, hemos identificado y caracterizado algunos de los transportadores responsables de la entrega de metales a los nódulos. Hemos identificado dos miembros de la familia YSL, MtYSL1 y MtYSL8, localizados en los vasos de la raíz y nódulos. Estos genes se expresan a altos niveles en los nódulos, y parece jugar un papel relevante en la fijación de nitrógeno, dado que cuando están mutados, la tasa de fijación de nitrógeno se reduce. Basándonos en su localización y patrón de expresión, su papel más probable es la salida de metales desde los vasos al apoplasto del nódulo. Allí, varios transportadores de metales han de introducir los metales apoplásticos a las células infectadas con rizobios. Hemos identicado uno de estos transportadores, MtNramp1, como el responsable de introducir hierro en estas células. MtNramp1 se expresa en las células de la endodermis en las raíces, y en las células de la zona de infección de los nódulos, donde se inserta en la membrana plasmática. La mutación de MtNramp1 resulta en una reducción severa de la actividad nitrogenasa, el resultado probable de que el hierro no se incorpore y la nitrogenasa carezca de un cofactor esencial. Este fenotipo se complementa regando las plantas con una solución nutritiva fortificada en hierro, transformando con una copia silvestre del gen mutado regulado por su propio promotor o por uno específico de nódulos. Este último resultado indica que la principal función de MtNramp1 es la captación de hierro por células del nódulo y no el transporte a larga distancia de hierro. ----------ABSTRACT---------- Symbiotic nitrogen fixation carried out by the interaction established between legumes and diazotrophic bacteria known as rhizobia is a primary source of assimilable nitrogen in natural ecosystems, and a key element in many strategies of sustainable agriculture. This physiological process is carried out by endosymbiotic bacteria living with differentiated root organs, the nodules. Symbiotic nitrogen fixation requires relatively large amounts of transition metals as essential cofactors of many of the enzymes participating in it. In this PhD Thesis, we identified and characterized some of the transporters responsible for metal delivery to nodules. We have identified two YSL family members, MtYSL1 and MtYSL8, located in the vasculature in root and nodules. These genes are expressed at high levels in nodules, and seem to play a relevant role in nitrogen fixation, since when they are mutated, nitrogen fixation rates are reduced. Based on their localization and expression profile, their most likely role is metal extrusion from the vasculature into the apoplast in the nodule. There, a number of metal transporters must introduce apoplastic metals into the rhizobia-infected cells. We have identified one of these transporters, MtNramp1, as the one responsible for iron uptake by these cells. MtNramp1 is expressed by endodermal cells in the roots and by the cells in the infection zone of the nodule, where it is inserted in the plasma membrane. Mutation of MtNramp1 results in a severe reduction of nitrogenase activity, the likely result of iron not being taken up and nitrogenase missing an essential cofactor. This phenotype is complemented by watering the plants with an iron-fortified nutrient solution, transformation with a wild-type copy of the mutated gene under its own promoter, or under a nodule-specific promoter. The last result indicates that the primary role of MtNramp1 is iron uptake by rhizobia-infected cells and not long-distance iron transport.