Detalle de: Respuesta de la simbiosis rizobio-leguminosa a metales pesados: de análisis ómicos a la fitorremediación de suelos contaminados

La contaminación por metales pesados o su abundancia natural en los suelos constituye un grave problema agrícola y medioambiental. La simbiosis rizobio-leguminosa es considerada una herramienta con gran potencial en la fitorremediación de suelos contaminados gracias al carácter pionero de las leguminosas y al efecto beneficioso de las bacterias, las cuales, además de hacer posible la fijación biológica de nitrógeno, pueden tener mecanismos de detoxificación propios que favorecen el establecimiento de las plantas. Las leguminosas forrajeras como Medicago truncatula, de crecimiento rápido, alta biomasa y buena cobertura, cumplen los requisitos deseables en una planta efectiva en fitorremediación, siempre que se disponga de variedades con tolerancia al metal. Además de cultivarse en algunos países y ser autóctona en España, M. truncatula es una potente herramienta para estudios genómicos y transcriptómicos. En concreto, se dispone de la colección HapMap que cuenta con más de 300 haplotipos naturales secuenciados. Se propone el fenotipado de esta colección respecto a la tolerancia a cadmio y mercurio y un estudio de asociación del genoma completo (GWAS), que permitirá identificar variedades tolerantes y determinar qué genes potencialmente implicados en la tolerancia. Un estudio GWAS preliminar realizado con un número limitado de variedades y un experimento previo de transcriptómica que hemos llevado a cabo, han mostrado que la familia de las UDP-glicosiltransferasas (UGTs) está claramente implicada en la respuesta a estrés por Hg en M. truncatula. Las UGTs participan en la biosíntesis de flavonoides y antocianinas. Se realizará un estudio de expresión de genes de UGTs por qPCR, para confirmar los análisis transcriptómicos, y un análisis metabolómico de antocianinas y compuestos relacionados. Identificados los mejores genes UGTs candidatos, se sobreexpresarán en M. truncatula y se verificará su posible efecto en la tolerancia a Hg. Los rizobios tienen un papel fundamental en el establecimiento y la tolerancia de la leguminosa por lo que se realizará un estudio transcriptómico y proteómico para identificar componentes de la respuesta bacteriana al estrés por Hg. En bacterias el operón mer está relacionado con la detoxificación de HgNuestros datos preliminares indican que la tolerancia en Ensifer meliloti está asociada a la actividad mercurio reductasa y que merA, responsable de la misma, está presente, aunque en principio no parece que merB, responsable de la detoxificación de compuestos organomercuriales, lo esté. Se propone la identificación de genes mer y su análisis funcional en rizobios en vida libre y en simbiosis. Se estudiará la presencia de merB en nuestra colección de rizobios tolerantes a Hg y se llevará a cabo la transformación estable de E. meliloti para sobreexpresar merA y merB y evaluar su papel en la tolerancia. Se comprobará en suelos contaminados por Hg la eficiencia de las plantas y de las cepas de rizobios más tolerantes y de las plantas y rizobios genéticamente modificados. Se determinará la capacidad de detoxificación de los rizobios en vida libre y la de las leguminosas noduladas. Los resultados ampliarán nuestro conocimiento sobre la respuesta de la simbiosis rizobio-leguminosa a metales pesados y su potencial en la detoxificación de suelos contaminados.