Función de las hemoglobinas y del óxido nítrico en la simbiosis rizobio-leguminosa / Function of Hemoglobins and Nitric Oxide in the Rhizobium-Legume Symbiosis


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Nombre/Name
Función de las hemoglobinas y del óxido nítrico en la simbiosis rizobio-leguminosa / Function of Hemoglobins and Nitric Oxide in the Rhizobium-Legume Symbiosis
 
Referencia de proyecto/Project Code
AGL2017-85775-R
 
Investigador principal/Principal Investigator
 
 
Fecha de inicio/Start Year
01/01/2018
 
Fecha de finalización/End Year
31/12/2020
 
 
Instituto/Institute
CSIC - Estación Experimental de Aula Dei (EEAD)
 
Descripción/Description
[ES] La fijación de nitrógeno por la simbiosis rizobio-leguminosa es un proceso beneficioso ya que permite una disminución del aporte de fertilizantes químicos, que son costosos y potencialmente contaminantes. Los nódulos de las leguminosas requieren un estricto control del oxígeno para evitar la inactivación de la nitrogenasa, siendo el transporte de oxígeno por las leghemoglobinas uno de los mecanismos principales. Además de estas hemoglobinas (Hbs), que se encuentran exclusivamente en los nódulos, las plantas pueden expresar hasta tres clases de Hbs en la mayoría de los tejidos. Las Hbs de clase 1 tienen una afinidad extrema por el oxígeno y se inducen por hipoxia; las Hbs de clase 2 tienen una afinidad moderada y se inducen por frío; y las Hbs de clase 3 tienen baja afinidad y son poco inducibles por estrés. Nuestro grupo y otros han demostrado que las tres clases de Hbs eliminan el óxido nítrico (NO). Sin embargo, las funciones de las Hbs, sobre todo las de clase 2 y 3, son poco conocidas. En este proyecto emplearemos leguminosas para estudiar la estructura y función de las tres clases de Hb, prestando especial atención a las funciones relacionadas con el NO. Para ello, fenotiparemos mutantes knockout para cada una de las Hbs, localizaremos los sitios de producción de NO en nódulos e intentaremos identificar fuentes potenciales de NO. Compararemos plantas noduladas y no noduladas y examinaremos la triple interacción entre Hbs, NO y fitohormonas. Finalmente, determinaremos el nitrosoproteoma e identificaremos las proteínas nitradas de nódulos en diferentes estadíos de desarrollo. Esto será importante para comprender mejor la función reguladora de las modificaciones postraduccionales dependientes de NO. Los resutados previsibles del proyecto generarán conocimiento sobre los factores que limitan la duración funcional de los nódulos, que podría aplicarse para reducir el insumo de fertilizantes. En este contexto, la función de las Hbs vegetales es poco conocida y parece abarcar múltiples procesos esenciales tales como la morfogénesis y las respuestas a estrés. Por tanto, es esperable que nuestros resultados sobre las Hbs tengan implicaciones más allá de la simbiosis con las leguminosas, extendiéndose a la biología vegetal en general.
[EN] Nitrogen fixation by the rhizobia-legume symbiosis is a beneficial process both in agricultural and in environmental terms as it allows a reduction in the input of costly and potentially contaminating chemical nitrogen fertilizers. Legume nodules require a strict control of oxygen concentration to keep nitrogenase active and one of the mechanisms to achieve this involves oxygen-carrying leghemoglobins. In addition to these symbiotic hemoglobins (Hbs), which are restricted to nodules, plants express up to three classes of Hbs in most tissues. Class 1 Hbs have an extremely high oxygen affinity and are induced by hypoxia; class 2 Hbs have moderate oxygen affinity and are induced by cold; and class 3 Hbs have low oxygen affinity and are generally unresponsive to stress. We and others have shown that the three Hb classes scavenge nitric oxide (NO). However, the functions of Hbs, especially of classes 2 and 3, remain poorly known. In this project, we will use legumes to study the structure and function of the three Hb classes, paying special attention to function(s) related to NO metabolism. To this end, we will phenotype knockout mutant plants deficient in each Hb, will localize sites of NO production in nodules, and will attempt to identify potential NO sources. We will compare nodulated and non-nodulated plants and will examine the possible triple crosstalk among Hbs, NO, and phytohormones. Finally, because nitrosylation of cysteines and nitration of tyrosines in proteins require NO, we will determine the nitrosoproteome and will identify nitrated proteins in nodules. This will be important to better understand the regulatory function in metabolism of NO-dependent post-translational modifications. The results generated in this project should generate knowledge on the factors limiting the lifespan of the nodules, which ultimately could be applied to reduce the input of chemical fertilizers. In this context, the function of plant Hbs are only starting to be known and certainly it appears they encompass an array of processes that are essential for plants such as morphogenesis and stress responses. Therefore, our studies on Hbs are expected to have implications far beyond the legume symbiosis, expanding to plant biology in general.
 
Fecha de actualización/Last update
25/08/2020