CNGC15 autoactivo mejora la endosimbiosis de las raíces en las legumbres y el trigo

Área de la Ciencia:

• Biología vegetal
• Interacciones moleculares entre plantas y microbios
• La bioquímica

Sus antecedentes:

• Las plantas dependen de la adquisición de nutrientes, a menudo facilitada por relaciones simbióticas con hongos de micorriza arbuscular (AM) y bacterias fijadoras de nitrógeno.
• El inicio de estas cruciales endosimbiosis radiculares es provocado por las oscilaciones inducidas por el simbionte en las concentraciones de calcio nuclear (Ca2+) dentro de las células radiculares.
• La coordinación precisa de los canales de iones nucleares, el canal con puerta de nucleótido cíclico (CNGC) 15 y DOESN'T MAKE INFECTIONS1 (DMI1), en la generación de estas oscilaciones de Ca2+ sigue siendo poco conocida.

Objetivo del estudio:

• Aclarar las funciones coordinadas de CNGC15 y DMI1 en la especificación de las oscilaciones nucleares de Ca2+ inducidas por la simbiosis.
• Investigar el impacto de la frecuencia de oscilación nuclear de Ca2+ en las vías de señalización simbiótica y las respuestas de las plantas.
• Explorar el potencial de manipular estas vías para aplicaciones agrícolas, como mejorar la adquisición de nutrientes en los cultivos.

Principales métodos:

• Caracterización de un mutante autoactivo de CNGC15 que exhibe oscilaciones espontáneas de Ca2+ de baja frecuencia.
• Análisis del mecanismo de apertura de CNGC15 y el papel del marcapasos de DMI1 en las oscilaciones nucleares de Ca2+.
• Evaluación de los fenotipos simbióticos, incluida la colonización y la nodulación de AM, en plantas silvestres y mutantes, y posterior transferencia del rasgo al trigo.

Principales resultados:

• CNGC15 regula las oscilaciones nucleares de Ca2+ a través de un mecanismo de puertas de hélice 1, mientras que DMI1 funciona como un marcapasos para determinar la frecuencia de oscilación.
• La frecuencia de las oscilaciones de Ca2+ es crítica: las frecuencias altas activan los programas de endosimbiosis, mientras que las frecuencias bajas modulan las vías del fenilpropanoide.
• Un mutante autoactivo de cngc15, capaz de generar frecuencias altas y bajas, exhibió un aumento de flavonoides, mejorando la simbiosis de AM y nódulos de raíz, lo que condujo a una mejor adquisición de nutrientes tanto en plantas modelo como en trigo cultivado en el campo.

Conclusiones:

• La frecuencia de oscilación nuclear de Ca2+ es un determinante clave de los resultados simbióticos en las plantas.
• El mutante autoactivo cngc15 proporciona una nueva estrategia para mejorar las simbiosis beneficiosas entre plantas y microbios y mejorar la absorción de nutrientes.
• La transferencia del rasgo cngc15 a cultivos como el trigo demuestra un enfoque prometedor para aumentar la productividad agrícola y reducir la dependencia de los fertilizantes inorgánicos.