Cómo la señalización de los brasinoesteroides hace que las raíces crezcan más por deficiencia de nitrógeno


Como organismos sésiles, las plantas dependen de su capacidad para adaptar el desarrollo y el crecimiento de sus raíces en respuesta a las condiciones cambiantes de los nutrientes. 


por Leibniz Instituto de Genética de Plantas e Investigación de Plantas de Cultivo


Una de esas respuestas, que se sabe que exhiben las plantas que crecen en condiciones de bajo nitrógeno, es el alargamiento de las raíces primarias y laterales para explorar el suelo circundante. Esta adaptación a la falta del elemento esencial de nitrógeno es de particular interés, ya que refleja una «estrategia de forrajeo», mediante la cual el sistema de raíces puede explotar nutrientes de un volumen de suelo más grande. Hasta hace poco, esta era la respuesta de la raíz dependiente de nitrógeno menos entendida. Los científicos del IPK en Gatersleben ahora han identificado la vía hormonal que regula el forrajeo de raíces en condiciones de bajo nitrógeno y un componente de señalización que modula la intensidad de esta respuesta.

La cantidad y la forma de los nutrientes disponibles para la planta fluctúan en los suelos, por ejemplo, en función de la humedad del suelo o los procesos de transformación microbiana de los nutrientes. Las plantas perciben cambios en su estado nutricional y responden a ellas adaptando el crecimiento y desarrollo de sus raíces. Estas respuestas se expresan en un grado alterado de ramificación, extensión, colocación y dirección de crecimiento de partes individuales del sistema de raíces . El nitrógeno es un elemento mineral esencial y nutriente para las plantas . Cuando la disponibilidad de nitrógeno es baja, las raíces de las plantas crecen preferentemente en parches de suelo enriquecidos con nitrógeno al expandir localmente sus raíces laterales. Tan pronto como las plantas se encuentran con una deficiencia de nitrógeno, inmediatamente inducen una respuesta de forrajeo, en la cual las raíces se alargan para explorar un mayor volumen de suelo. Los mecanismos reguladores subyacentes a esta respuesta de raíz dependiente de nitrógeno eran desconocidos previamente. Investigadores del IPK en Gatersleben ahora han descubierto que una clase de hormonas esteroides modulan el forrajeo de la raíz en condiciones de bajo contenido de nitrógeno y, por lo tanto, determinan el alcance de esta respuesta. Los hallazgos fueron publicados en Nature Communications .

En este estudio, los científicos del grupo de investigación «Molecular Plant Nutrition», dirigido por el Prof. N. von Wirén, evaluaron la variación natural en el crecimiento de las raíces bajo deficiencia de nitrógeno leve en 200 accesiones de la planta modelo Arabidopsis thaliana . Empleando el mapeo de la asociación del genoma con el apoyo del grupo «Heterosis» liderado por el Prof. T. Altmann, los investigadores pudieron demostrar que BSK3, una quinasa de señalización brasinoesteroide, está modulando la extensión de la elongación de la raíz bajo nitrógeno. Además, demostraron que la deficiencia leve de nitrógeno activa la señalización de los brasinoesteroides al regular los niveles de transcripción del co-receptor de brasinosteroide BAK1 que aumenta la sensibilidad de las células de la raíz a los brasinoesteroides.

Los resultados revelan un papel previamente desconocido de las hormonas vegetales de tipo brasinoesteroide en la configuración de los sistemas de raíces en respuesta a las deficiencias de nutrientes. Esta nueva visión permite una comprensión más profunda de la regulación detrás de las respuestas adaptativas de las plantas a los cambios en la disponibilidad de nitrógeno, pero también proporciona una perspectiva para la aplicación práctica en la agricultura.

Como «principal impulsor del crecimiento de las plantas», el nitrógeno es un elemento indispensable en la producción de plantas agrícolas. Sin embargo, los fertilizantes nitrogenados deben usarse con cuidado, ya que un exceso de nitrógeno en el suelo puede tener un impacto perjudicial sobre el medio ambiente, por ejemplo, al conducir a la acidificación del suelo o a la eutrofización de cuerpos de agua. Por lo tanto, la cría de cultivos, que mejor explotan el suelo. Para los nutrientes, es altamente deseable ya que pueden requerir menos fertilizante. Los investigadores de este estudio ven su descubrimiento del papel regulador de BSK3 como una nueva oportunidad para abordar este asunto. Al explotar las versiones alélicas naturales de BSK3 o la generación de variantes de novo mediante la edición precisa del genoma, los fitomejoradores podrían desarrollar nuevos cultivos de cultivos con sistemas de raíces más grandes, dando a las especies de cultivos el mecanismo deseado para obtener mejores resultados con bajos insumos de fertilizantes nitrogenados. .


Más información: Zhongtao Jia et al., Variación natural de BSK3 sintoniza la señalización de los brasinoesteroides para regular el forrajeo de la raíz bajo nitrógeno, Nature Communications(2019). DOI: 10.1038 / s41467-019-10331-9Información de la revista: Nature CommunicationsProporcionado por el Instituto Leibniz de Genética Vegetal e Investigación de Plantas de Cultivo.