¿Qué piensas cuando escuchas la palabra hemoglobina? Si eres como yo, entonces te vendrán a la mente análisis de sangre, oxígeno, hierro y médicos. Sin embargo, hay mucho más en la historia de las hemoglobinas que los sistemas circulatorios de los vertebrados. Las hemoglobinas y moléculas similares a ellas se encuentran en una variedad de otros organismos, incluso en las plantas. Se sabe que un subconjunto de las hemoglobinas que se encuentran en las plantas, conocidas como leghemoglobinas, son esenciales para la producción comercial y simbiosis ecológicamente importantes formadas por leguminosas con bacterias fijadoras de nitrógeno. En su reciente artículo en Annals of Botany, Du, Gao y colegas de la Universidad de Agricultura y Silvicultura de Fujian en China investigar la presencia y expresión de genes de hemoglobina en soja. Los datos que presentan destacan una de las formas en que la soja probablemente maximiza la eficiencia de las simbiosis fijadoras de nitrógeno que forma, y ​​cómo se puede ayudar a que esta interacción funcione mejor en el campo.

Las leghemoglobinas se producen en los nódulos fijadores de nitrógeno de las plantas leguminosas. Funcionan para entregar pequeñas cantidades de oxígeno a las bacterias fijadoras de nitrógeno en estos nódulos. Este proceso está estrictamente controlado ya que demasiado oxígeno inhibe la fijación adecuada de nitrógeno. Estas leghemoglobinas dan a los nódulos fijadores de nitrógeno de muchas especies de leguminosas un ligero color rojo-rosado. Sin embargo, en los nódulos viejos, también se producen leghemoglobinas verdes y se asocian con la senescencia (muerte) del nódulo. Estas leghemoglobinas verdes pueden ser un producto de descomposición de las leghemoglobinas rojas.

Para comprender el ciclo de vida de los nódulos de soja, Du, Gao y sus colegas monitorearon varias propiedades de los nódulos a medida que se desarrollaban. Al mismo tiempo que otros resultados, encuentran que la pigmentación roja en los nódulos alcanzó su punto máximo junto con un alto crecimiento de nódulos. La actividad de fijación de nitrógeno también alcanzó su punto máximo junto con la pigmentación roja y el crecimiento de nódulos alrededor de 30 días después de la inoculación. La actividad de fijación de nitrógeno de los nódulos disminuyó posteriormente y estuvo acompañada por la producción de leghemoglobina verde. La senescencia de los nódulos está asociada tanto con el envejecimiento de los nódulos como con la alta disponibilidad de fuentes externas de nitrógeno. Los autores confirman esto para los nódulos de soja y encuentran que en los nódulos con alta disponibilidad de nitrógeno se producen altas cantidades de leghemoglobina verde y tienen bajos niveles de fijación de nitrógeno.

Para comprender más acerca de cómo la soja puede ajustar la adquisición de nitrógeno en diferentes disponibilidades externas de nitrógeno, Du, Gao y sus colegas identifican siete hemoglobinas codificadas en el genoma de la soja. Cinco de estos tienen las características de las leghemoglobinas. Los autores encuentran que cuatro de estos genes se expresan en gran medida en los nódulos, lo que es consistente con las funciones de apoyo a la fijación de nitrógeno adecuada. La expresión de estos cuatro genes alcanzó su punto máximo en, o unos días antes, el punto de máxima fijación de nitrógeno en condiciones de baja disponibilidad externa de nitrógeno. En condiciones de alta disponibilidad de nitrógeno externo, por el contrario, la expresión de los cuatro genes se redujo mucho.

Como la leguminosa más comúnmente cultivada, la soja es de gran importancia cuando se considera cómo podemos optimizar la adquisición de nitrógeno en el campo por parte de los cultivos de leguminosas. Cuando la disponibilidad de nitrógeno externo es baja, la soja y otras leguminosas utilizan interacciones simbióticas con bacterias fijadoras de nitrógeno para obtener nitrógeno utilizable. Por el contrario, cuando la disponibilidad externa de nitrógeno es alta, se reduce la iniciación de nuevos nódulos, se reduce la expresión de leghemoglobinas y los nódulos existentes entran en senescencia. En otras palabras, las leguminosas no necesitan molestarse en ingresar o mantener simbiosis para obtener nitrógeno utilizable cuando, por lo demás, está en alta disponibilidad. Como muestran Du, Gao y sus colegas, la soja es capaz de responder dinámicamente a esto en una transición repentina a una alta disponibilidad de nitrógeno, con sus nódulos de raíz entrando en senescencia. Du, Gao y sus colegas identifican genes de leghemoglobina en la soja con patrones de expresión y respuestas compatibles con las funciones de soporte de la fijación de nitrógeno durante la baja disponibilidad externa de nitrógeno, y que estos genes están regulados a la baja durante la alta disponibilidad externa de nitrógeno.

Este estudio proporciona una base para promover nuestra comprensión molecular de cómo se optimiza y mantiene dinámicamente la fijación de nitrógeno en el cultivo de leguminosas posiblemente más importante. También destaca la interesante pregunta pendiente de qué otras funciones tienen las hemoglobinas de las plantas además de apoyar las simbiosis de fijación de nitrógeno. Du, Gao y sus colegas supuestamente identifican dos de estos en la soja y otro trabajo ha relacionado dichas proteínas con las respuestas de las plantas al estrés. Parece que las hemoglobinas son mucho más que solo sangre.