Investigadores del Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas (UPM-INIA) han desarrollado el primer modelo que explica cómo el hierro llega al nódulo de las leguminosas para ayudarlas a fijar el nitrógeno. El estudio se basa en el uso de imágenes de fluorescencia de rayos X.
Un equipo de investigadores del Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas (CBGP), integrado por la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y el Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA), ha ideado un modelo del modo en que las plantas leguminosas distribuyen el hierro para facilitar la fijación del nitrógeno. El trabajo se ha publicado en el Metallomics Journal de la Royal Society of Chemistry.
El estudio, desarrollado en colaboración con expertos de la Fuente Avanzada de Fotones del Laboratorio Nacional de Argonne (departamento de Energía de EE UU) busca identificar y caracterizar los mecanismos que juegan un papel en el transporte del hierro destinado al proceso de fijación del nitrógeno, en el que este elemento juega un papel fundamental.
Este conocimiento permitirá a los investigadores diseñar estrategias que incrementen la entrega de hierro, elemento limitante del desarrollo de los cultivos. De tener éxito, posibilitarán que las leguminosas posean mejores capacidades de usar nitrógeno atmosférico, lográndose una reducción en el uso de fertilizantes nitrogenados con alta capacidad contaminante.
Esta es la primera vez que se lleva a cabo un estudio con rayos X de alta energía sobre las interacciones planta-microorganismo. Para ello, los investigadores han recurrido a la fuente de rayos X más intensa en el hemisferio occidental, lográndose la mayor resolución y sensibilidad disponible.
"El objetivo a largo plazo es favorecer la agricultura sostenible y disminuir el daño ambiental causado por el uso excesivo de fertilizantes nitrogenados", explica el investigador de la UPM Manuel González-Guerrero, autor principal del artículo. "Esto se puede hacer incrementando la llegada de oligonutrientes metálicos esenciales a los rizobios de la planta, responsables de la fijación de nitrógeno".
Legumbres y agricultura sostenible
La familia de las leguminosas incluye, entre otras plantas, guisantes, habas, alfalfa o soja. Su cultivo se ha utilizado tradicionalmente por los agricultores como principal fuente de proteínas de origen vegetal, así como para aumentar la cantidad de nitrógeno en los suelos. Esto último es posible por la simbiosis que se establece en estructuras diferenciadas de la raíz, el nódulo, donde las células vegetales acomodan a bacterias fijadoras de nitrógeno generalmente conocidas como rizobios.
Los rizobios usan nutrientes proporcionados por la planta para convertir el nitrógeno atmosférico en nitrógeno asimilable por el hospedador, en un proceso bioquímico conocido como fijación de nitrógeno. Esta reacción es solo llevada a cabo por microorganismos y es la principal vía no industrial por la que el nitrógeno entra en las redes nutricionales de todos los ecosistemas. Muchas de las proteínas que están involucradas en la fijación de nitrógeno usan hierro, elemento que en el caso de los rizobios ha de ser proporcionado por la planta hospedadora, pero que generalmente está disponible a bajos niveles.
Este trabajo es un primer paso para la mejora de la fijación de nitrógeno mediante un mayor acceso a nutrientes metálicos limitantes como es el hierro. Con ello se espera lograr una menor dependencia de los fertilizantes nitrogenados por esas leguminosas y de otras plantas cultivadas en rotación con ella, una de las estrategias clásicas en la agricultura sostenible.
Referencia bibliográfica:
Rodríguez-Haas B., Finney l., Vogt S., González-Melendi P., Iimperial J., González-Guerrero M. "Iron distribution through the developmental stages of 'Medicago truncatula' nodules". Metallomics, 2013,5, 1247-1253. DOI: 10.1039/C3MT00060E.
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