Brachyodium distachyon as a model for defining the basis of adaptation to ammonium nutrition in grasses

Abstract

El nitrógeno es un nutriente esencial para las plantas y decisivo para la productividad de los cultivos. La fertilización intensiva, principalmente en forma nítrica, tiene un impacto negativo en el medioambiente, debido a las pérdida de nitrato por lixiviación y a la emisión de gases de efecto invernadero. La combinación de fertilizantes de base amoniacal junto con inhibidores de la nitrificación se han revelado en las últimas décadas como una estrategia prometedora para minimizar el impacto de la fertilización nitrogenada. Sin embargo, las plantas muestran preferencia por al fuente nítrica, de tal manera que el amonio en altas dosis resulta nocivo para la mayoría de las plantas. Este trabajo se ha realizado en Brachypodium distachyon, especie considerada como planta modelo para el estudio decereales, con el objetivo de validad la idoneidad de esta especie como modelo para el estudio de la nutrición amoniacal, y así poder profundizar en sus mecanismos de respuesta. Se ha utilizado la línea de referencia Bb21. La principal estrategia de Brachypodium para adaptarse a la nutrición amoniacal consisten en una adaptación metabólica que implica al metabolismo del carbono y del N, destacando el papel del ciclo de Krebs en la raíz. La raíz actúa así como primera barrera fisiológica, que acumula amonio y aminoácidos, limitando el transporte del amonio hacia los tejidos fotosintéticos. Los estudios proteómicos llevados cabo en la raíz revelan, además, que otros procesos participarían en la respuesta de la raíz a la nutrición amoniacal, tales como la biogénesis de la pared celular y el balance redox de la célula. Interesantemente, un gran número de proteínas relacionadas con el metabolismo del Fe, se vieron reguladas. Los datos en global señalan que la nutrición amoniacal favorece la síntesis de compuestos quelantes, como los fitosideróforos de la familia de los ácidos mugénicos, favorece la toma de metales, tales con el hierro y el zinc. Se revela que existe una interacción en la toma demicronutrientes claves para la calidad de los cultivos con la fuente amoniacal. La adecuación de B.distachyon como especie modelo para el estudio de los mecanismos de respuesta la nutrición amoniacal, así como disponibilidad de múltiples accesiones naturales, recientemente secuenciadas y anotadas hacen que esta especies sea idónea para la búsqueda de los genes causales que subyacen a la variabilidad natural. El proyecto se completa con un análisis de genoma completo llevado a cabo utilizando una veintena de marcadores bioquímicos y metabólicos mediante un modelo mixtomultilocus (MLMM) en un panel de 52 accesiones naturales, lo que ha revelado un número importante de SNPs (polimorfismo de nucleótido único), en cuya proximidad genómica pueden localizarse genes causales de la tolerancia al amonio en B. distachyon.