El nitrógeno es esencial para la vida en la Tierra, principalmente porque es un componente clave de los aminoácidos, los componentes básicos de las proteínas. Las plantas no son una excepción a esto y deben obtener nitrógeno utilizable para sobrevivir. Algunas plantas forman relaciones simbióticas famosas con bacterias del suelo que son capaces de fijar nitrógeno gaseoso en una forma utilizable por la planta. Las leguminosas de importancia agrícola son una proporción significativa de las plantas que se sabe que entran en estas relaciones simbióticas. La eficiencia de esta relación puede variar dependiendo de factores que incluyen las condiciones ambientales y el tipo de bacteria involucrada. Maximizar esta eficiencia es de interés tanto en términos de obtener el mejor rendimiento posible de los cultivos de leguminosas como para devolver el nitrógeno al suelo para que lo utilicen otros cultivos. En un artículo reciente publicado en PNAS, Marcela Mendoza-Suárez y colegas desarrollan un método para medir la eficiencia de esta relación desde la perspectiva bacteriana. Un posible uso emocionante de este método será seleccionar las mejores bacterias para aprovechar al máximo esta simbiosis en escenarios agrícolas.
Las bacterias fijadoras de nitrógeno (también conocidas como rizobios) son alojadas por plantas leguminosas para obtener nitrógeno utilizable en estructuras de raíces especializadas llamadas nódulos (ver imagen a continuación). Los cultivos de leguminosas son una importante fuente mundial de alimentos y uno particularmente cercano al corazón del primer autor. Como dijo Marcela Mendoza-Suárez a Botany One: 'Soy originaria de México, donde los frijoles son parte de nuestra alimentación básica, y para las familias de escasos recursos que no tienen acceso a productos de origen animal, son la principal fuente de proteínas, minerales , fibra, carbohidratos y vitaminas. Una situación similar ocurre en toda América Latina, en muchos países africanos y en la India, donde las legumbres son la principal fuente de proteínas. Desafortunadamente, en todas estas áreas, los agricultores de bajos ingresos no pueden acceder a los fertilizantes químicos debido a su alto costo.'
Para medir la eficiencia de diferentes cepas de rizobios en su interacción con las plantas, Mendoza-Suárez y sus colegas se propusieron medir dos parámetros clave. El primero es la cantidad de enzimas fijadoras de nitrógeno que se producen. En otras palabras, cuán 'efectiva' podría ser una cierta cepa de rizobios en la fijación de nitrógeno. Para medir esto, los autores construyeron secuencias de ADN que expresan una proteína fluorescente a partir de un promotor de genes sintéticos, similar a los genes que codifican enzimas fijadoras de nitrógeno. Cuando se inserta en los rizobios, esto provoca la producción de la proteína fluorescente proporcional a la cantidad de enzimas fijadoras de nitrógeno que produce la bacteria. Se puede obtener una lectura de esto midiendo la cantidad de fluorescencia proveniente de los nódulos de la raíz.
El segundo parámetro a medir es cuán 'competitivas' son las diferentes cepas de rizobios, por ejemplo, si son capaces de superar a todos los demás rizobios en un nódulo o de colonizar todos los nódulos en el sistema de raíces. Para hacer esto, los autores introdujeron secuencias de "código de barras" únicas en cada construcción de ADN que hicieron para cada cepa de rizobios. Usando estas secuencias, pudieron identificar qué cepas de rizobios estaban presentes en cada nódulo y si algunas cepas eran más capaces de propagarse a través de todos los nódulos en comparación con otras. A partir de esto se calculó un índice de competitividad para cada cepa de rizobio. Una cepa, G083, tenía un índice de competitividad más alto que cualquier otra y apareció en todas las plantas que probaron los autores. G083 también produjo grandes cantidades de fluorescencia en los nódulos en comparación con otras cepas. Por lo tanto, G083 es una posible cepa de rizobios de "élite" en las condiciones utilizadas en este estudio, ya que es tanto competitiva como eficaz. Esta y otras cepas de alto rendimiento podrían ser una alternativa a los costosos fertilizantes químicos.
Como señalan los autores, queda por ver si G083 y otras cepas de alto rendimiento funcionan de la misma manera en diferentes condiciones ambientales. Sin embargo, los métodos que desarrollan proporcionan una plataforma para un mayor estudio de esto. Si bien los autores también realizan la mayoría de sus mediciones en diferentes cepas de una especie de rizobio (Rhizobium leguminosarum) en plantas de guisantes, muestran que las construcciones de ADN que utilizan también pueden expresarse, al menos parcialmente, en otras especies de rizobios. Esto significa que el método desarrollado por los autores podría aplicarse en el futuro a una variedad de especies de rizobios en diferentes plantas leguminosas. Mendoza-Suárez dice: 'Me han dado la oportunidad de probar esta herramienta en un gran proyecto de Producción Sostenible de Cultivos llamado ProFaba. Nuestro objetivo final es encontrar las mejores técnicas de cultivo de habas. Gracias a este proyecto, ahora estoy buscando cepas de rizobios de élite en muchos sitios de campo en Dinamarca, Alemania, Francia, Irlanda, Finlandia, Reino Unido y España'. ¡Mira este espacio entonces!
