Un gen identificado hace más de 30 años ha revelado su función como esponja natural de microARN (miARN) para optimizar la vía de nodulación de las leguminosas, gracias a una colaboración internacional liderada por la Universidad de Wageningen y el Laboratorio Sainsbury de la Universidad de Cambridge.
por la Universidad de Cambridge
El artículo se publica en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences .
Los nódulos son órganos especializados que se encuentran en las raíces de las legumbres y que proporcionan hogar y carbono a las bacterias del suelo, a cambio de nitrógeno.
El gen de nodulación temprana (ENOD40) fue identificado por primera vez en 1993 por colaboradores de la Universidad de Wageningen en la soja (Glycine max) como activo durante las primeras etapas de la formación de nódulos radiculares.
Como uno de los primeros en responder a las bacterias del suelo que inician la formación de nódulos radiculares, ENOD40 ha servido durante mucho tiempo como un gen marcador para estudiar la simbiosis radicular entre plantas y microbios.
Apenas unas horas después de la inoculación, y antes de que se produzca cualquier cambio visible, ENOD40 se activa en lo profundo del tejido de la raíz, lo que marca la decisión de la planta de comenzar a construir hogares bacterianos.
Sin embargo, su función exacta seguía sin estar clara. Los investigadores descubrieron que ENOD40 secuestra un miRNA que suele inhibir un regulador positivo de la nodulación.
Se sabe que los miARN regulan la expresión génica uniéndose al ARN mensajero (ARNm). En este caso, el ARNm codifica un regulador positivo y lo dirige hacia su destrucción. Al secuestrar el miARN, ENOD40 afina la expresión del regulador positivo para formar nódulos fijadores de nitrógeno.
El equipo generó un mutante de la leguminosa modelo, Medicago truncatula, plantas que carecían de ENOD40 y descubrió que su capacidad para iniciar nódulos estaba enormemente reducida.
«La estructura genética de ENOD40 es inusual: un extremo codifica un péptido diminuto de solo 12 o 13 aminoácidos , mientras que el otro contiene un tramo de ARN altamente conservado conocido como ‘box2′», dijo la Dra. Nadia Mohd-Radzman, primera coautora del Laboratorio Sainsbury de la Universidad de Cambridge.
«Esta región box2 imita el sitio de unión del microRNA169, impidiéndole dirigirse a NF-YA1, un regulador positivo central necesario al comienzo mismo de la formación de nódulos».
«Esta es la primera vez que encontramos un gen vegetal que combina estas dos características inusuales, donde codifica un péptido pequeño con un imitador de microARN incorporado.
Sorprendentemente, la introducción de sólo la región box2 (o incluso un imitador artificial del microARN objetivo) restauró gran parte de esta capacidad perdida.
«Es como descubrir que tu vieja y confiable herramienta de laboratorio ha sido un sofisticado agente doble todo el tiempo».
El Dr. Mohd-Radzman describe la supuesta doble funcionalidad de ENOD40 como elegante e inusual.
Esta estructura dual, donde una pequeña capacidad de codificación de péptidos está incrustada dentro de una transcripción de ARN no canónica, fue la primera de su tipo descubierta en eucariotas.
Más de una década después, en 2007, se identificó un gen similar, denominado tarsal-less, en la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster). Al igual que ENOD40, presenta una doble funcionalidad: codifica péptidos de un transcrito de ARNm más largo.
«Este trabajo no solo resuelve un antiguo enigma de la biología molecular vegetal», afirmó el Dr. Mohd-Radzman, «sino que también revela un nuevo nivel de control en la forma en que las plantas perfeccionan sus relaciones simbióticas con los microbios».
El Dr. Radzman añadió: «ENOD40 es una molécula verdaderamente multifacética. Ahora que hemos establecido su función de mimetismo de diana mediante box2, los trabajos futuros profundizarán en cómo su potencial de codificación de péptidos y la estructura del ARN contribuyen a la nodulación y más allá, ya que no está claro cómo estas características intervienen en los nódulos de las plantas. ¿Se correlacionan estas características con procesos separados o están entrelazadas para controlar el mismo proceso?»
«Herramientas emergentes como la transcriptómica unicelular y espacial podrían pronto aclarar la interacción celular específica entre ENOD40, miRNA169 y NF-YA1, revelando detalles más finos de cómo las legumbres orquestan la organogénesis simbiótica.
«Los hallazgos representan un avance importante en nuestra comprensión de los lncRNA y los péptidos de las plantas, con posibles implicaciones para mejorar el rendimiento de los cultivos de leguminosas y avanzar en nuestra comprensión de la regulación mediada por ARN».
Más información: Franssen, Henk J., El lncRNA ENOD40 de Medicago truncatula es un mediador de la actividad de NF-YA controlada por microRNA169 en la iniciación de nódulos, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2025). DOI: 10.1073/pnas.2424231122
