La celulasa bacteriana CelC2 es crucial en el establecimiento de la simbiosis Rhizobium leguminosarum bv. trifolii-Trifolium repens

Mateos González, P., Rodríguez Bahena, M.H. , Trujillo Toledo, M., Velázquez Pérez, E.  y Martínez Molina, E.

Departamento de Microbiología y Genética. Universidad de Salamanca. 37007 Salamanca. SPAIN. pfmg@usal.es 

La Fijación Biológica de Nitrógeno es considerada, después de la fotosíntesis, como el proceso bioquímico más importante en el mantenimiento de la vida en la Tierra siendo crucial en el mantenimiento del ciclo biogeoquímico del Nitrógeno. Las simbiosis mutualistas entre miembros de la familia Rhizobiaceae y las plantas leguminosas suministran al suelo el 80% del nitrógeno fijado de forma estable, incorporado a la planta como aminoácidos o proteínas.

La simbiosis rhizobia-leguminosa se puede calificar como rizoendosimbiosis mutualista estricta. Esta interacción implica el intercambio de señales bioquímicas diversas emitidas por ambos, macro y microsimbionte, y el proceso infectivo, muy regulado y complejo, culmina con la formación en la planta de una estructura altamente organizada (nódulo), que puede considerarse como un nuevo órgano de la misma, donde la bacteria se diferenciará en su forma endosimbionte fijadora de nitrógeno atmosférico (bacteroide) que de esta forma puede ser asimilado por el vegetal. El establecimiento de una rizoendosimbiosis mutualista eficiente supone que la bacteria debe penetrar en el pelo radical de forma que se mantenga la integridad del mismo y no se aborte el proceso infectivo, por lo que esta etapa puede considerarse crítica para el progreso posterior de la relación simbiótica.

Nuestro grupo de investigación ha descrito un nuevo fenotipo en el proceso de infección Rhizobium-leguminosas que hemos denominado fenotipo Hot (Hole on the tip). En Rhizobium leguminosarum bv. trifolii ANU843 la celulasa C2 es la responsable del fenotipo Hot en el proceso de infección con trébol. La celulasa C2 es una 1,4-ß-D-endoglucanasa que se engloba dentro de la familia 8 de las glicosil hidrolasas y presenta una alta homología con la celulasa CelC de Rhizobium leguminosarum bv. trifolii R200, celulasa implicada en la síntesis de celulosa.

Cuando se aplica exógenamente a las raíces de trébol (hospedador habitual de Rhizobium leguminosarum bv. trifolii), esta celulasa bacteriana degrada la pared celular vegetal de una forma muy localizada únicamente en el ápice isotrópico, no cristalino de la punta del pelo radical que es justo el sitio por donde penetra la bacteria en la planta iniciando el proceso endosimbiótico fijador de nitrógeno. Por el contrario, mutantes knockout son incapaces de hidrolizar la pared celular vegetal lo que provoca que las plantas inoculadas con dichos mutantes presenten un fenotipo nod⁺ fix^- lo que les impide desarrollarse al cultivarlas en ausencia de nitrógeno.