Evaluación de la expresión diferencial de genes involucrados en el reconocimiento y adhesión de Azospirillum spp. a raíz de trigo

Abstract

Uno de los cereales cultivados más importantes a nivel mundial es el trigo, el cual aporta una quinta parte del total de las calorías consumidas por el hombre. No obstante, los requerimientos de fertilizantes químicos para la producción del grano de trigo son elevados y su constante uso genera problemas de contaminación medioambiental. Una estrategia para mitigar este problema es el uso de rizobacterias promotoras de crecimiento (PGPR, por sus siglas en inglés) ya que presentan un alto potencial para ser usados como inoculantes. Azospirillum brasilense, perteneciente a las PGPR, es una de las bacterias mayormente estudiadas y, se ha demostrado, en experimentos en laboratorio, sus beneficios en el crecimiento y desarrollo del trigo. Sin embargo, los resultados en campo son inconsistentes. La caracterización fenotípica de adhesión, llevada a cabo por el grupo del laboratorio, sugieren que A. brasilense Cd se adhiere preferencialmente a ciertos genotipos de trigo. Indicios de esta afinidad se ha obtenido de la caracterización fenotípica realizada en una población para mapeo genético constituida de 114 líneas haploide dobladas (DH), derivadas de los progenitores Triticum aestivum L. cv. Ópata y el sintético hexaploide WSHD67.2, de las cuales el 32% presentaron el fenotipo de adhesión, cuyos loci de caracteres cuantitativos (QTL por sus siglas en inglés) se localizaron en regiones de los cromosomas 1A, 2D, 6B y 5A. Adicionalmente, estudios de proteoma de la raíz inoculada con A. brasilense Cd mostró expresión diferencial de algunas proteínas. En este trabajo, se probaron otras especies del género de Azospirillum, además de A. brasilense Cd, como A. brasilense SP245, A lipoferum y A. halopraeferans en trigos harineros y sintéticos. Se determinó que existe diferencias significativas de adhesión a raíz y por lo tanto, un polimorfismo cuando A. brasilense SP245 y A. lipoferum son inoculados. Para identificar los genes involucrados en la adhesión y reconocimiento planta-bacteria, se analizó la expresión global de genes mediante el uso de microarreglos. En este análisis, se encontraron 81 genes reprimidos, y 165 genes inducidos en el sistema radicular de la variedad Ópata en presencia de A brasilense Cd. Así mismo, los genes: Fosfatidil inosiltol N-acetil glucosaminil transferasa y Kinasa asociada a pared (WAK3) son importantes señalizadores en procesos de infecciones. Mientras que, xiloglucano endotransglucosilasa/hidrolasa 5 (XTH5), y el gen que codifica para un poligalacturonato 4-alfa-galacturonosiltransferasa, estan involucrados en la biosíntesis de la pared celular. Estos genes fueron utilizados para la evaluación del microarreglo. En este sentido, el análisis de expresión relativa de los genes WAK3 y XHT5 en raíces de Ópata comparada con trigo sintético WSHD67.2 al inocular A. brasilense Cd, A. brasilense SP245, A lipoferum, y A. halopraeferans demuestra que existe una expresión diferencial asociada al genotipo y que depende de la bacteria inoculada. Mientras que, el análisis para los genes que codifica para fosfatidil inosiltol N-acetil glucosaminiltransferasa y poligalacturonato 4-alfa-galacturonosiltransferasa no mostró diferencias de expresión entre los dos genotipos de trigo. Este estudio contribuye a generar información adicional sobre la afinidad entre este género de bacterias y trigo, y así ampliar el conocimiento que puede ser utilizado por los programas de mejoramiento genético en trigo, así como brindar mayor certidumbre al utilizar inoculantes a base de Azospirillum.