Interacciones tempranas y señales de reconocimiento en la simbiosis entre Frankia y plantas actinorrícicas

Abstract

La simbiosis actinorrícica involucra a actinomicetes filamentosos, Gram positivos, del genero Frankia y a la raíz de plantas dicotiledóneas de 8 familias, comprendiendo 25 géneros. Estas plantas conocidas en su conjunto como actinorrícicas tienen la habilidad de formar nódulos fijadores de nitrógeno. Los nódulos radiculares actinorrícicos son los órganos donde se lleva a cabo la fijación de nitrógeno atmosférico por parte de Frankia y la asimilación del nitrógeno fijado por parte de la planta. Todas las plantas excepto Datisca, que es una herbácea, son árboles o arbustos leñosos. Se las puede encontrar en muy diversos ambientes y suelen ser pioneras en las etapas tempranas de sucesión de suelos pobres en nitrógeno. Presentan tasas de fijación de nitrógeno altas y comparables a las de la simbiosis entre rizobios y leguminosas. Esta ventaja, sumada a la capacidad de crecer en ambientes muy disímiles hacen que las plantas actinorrícicas resulten muy importantes y deban ser consideradas a la par de los árboles leguminosos para planes de reforestación y restauración de suelos. A pesar de los avances logrados en los últimos 30 años, son muchos los aspectos que aún permanecen oscuros debido a la carencia de herramientas genéticas para trabajar con los aislamientos de Frankia. Aun no se ha logrado encontrar una técnica que permita generar mutantes, con lo cual el avance en el conocimiento de la simbiosis actinorrícica ha sido limitado respecto a otras simbiosis en las que también participan plantas y bacterias. En este trabajo se buscó desarrollar el conocimiento básico acerca de las interacciones tempranas que se producen necesariamente en la rizósfera de las plantas actinorrícicas para que se establezca la simbiosis fijadora de nitrógeno con Frankia. Como modelo de estudio se utilizaron dos plantas nativas argentinas -Discaria trinervis y Alnus acuminata- que presentan diferente vía de infección y crecen en regiones muy definidas y distantes entre si. A lo largo de los capítulos de esta Tesis, en ensayos mayoritariamente fisiológicos y en condiciones controladas de invernáculo se logró definir una serie de parámetros relacionados con el proceso de nodulación que permitieron definir de un modo novedoso las interacciones tempranas entre Frankia y su planta hospedadora. Analizando la variación en los valores de estos parámetros debido a diferencias en las condiciones de inoculación o coinoculación de las plantas se realizaron los siguientes descubrimientos:

1- Existiría más de una señal de origen bacteriano involucrada en el proceso de nodulación. Al menos una señal sería de reconocimiento ya que algunos parámetros de nodulación se modifican únicamente por la cepa infectiva y nodulante de la planta. 2- Existirían otros factores que no condicionan el reconocimiento simbiótico pero que participan del proceso de nodulación ya que algunos de los parámetros también fueron modificados en ensayos de dosis – respuesta con cepas de Frankia no infectivas en D. trinervis, e inclusive con Streptomyces coelicolor inoculadas en altas dosis en forma conjunta con la cepa infectiva en dosis limitante. 3- La expresión del fenómeno de autoregulación de la nodulación de D. trinervis dependería de la concentración de exudados radiculares. 4- La cepa BCU110501 de Frankia no infectiva en A. acuminata puede estimular el mecanismo de autoregulación cuando se la inocula en forma conjunta con la cepa ArI3, sugiriendo algún grado de coinfección que no pudo corroborarse con los análisis de ocupación de nódulos realizados, aún cuando los dos sistemas simbiótico se encontraban activados por encontrarse en el mismo espacio físico. 5- Existiría una señal capaz de favorecer la nodulación cuando ambas especies crecen juntas y se encuentran con su huésped, que podría interpretarse como un cambio en la composición de los exudados radiculares. 6- La cepa BCU110501 de Frankia produciría factores difusibles de tamaño menor a 12 KDa de carácter peptídico y con carga negativa a pH fisiológico capaces de activar y mejorar la eficiencia de la nodulación, en menos de 96 horas, de células lavadas y diluidas de la misma cepa. 7- Frankia BCU110501 se comporta de modo similar a Streptomyces coelicolor A(3)2 en un ensayo biológico que pone en evidencia la actividad de una molécula involucrada en señalización de tipo Quorum sensing.