Vía de señalización mediada por ActJK: estudios moleculares de su rol en la respuesta al estrés y en la simbiosis entre Sinorhizobium meliloti y Medicago sativa

Abstract

La bacteria del suelo Sinorhizobium meliloti se asocia en forma simbiótica con leguminosas como Medicago, Melilotus y Trigonella para desarrollar simbiosis fijadoras de N2. Estas asociaciones simbióticas son importantes para la agricultura, tanto económica como ecológicamente. La interacción entre rizobios y leguminosas implica el intercambio de señales moleculares cruzadas que dan lugar a respuestas directas e indirectas en ambos simbiontes. La fijación biológica de nitrógeno ocurre como resultado de esta interacción natural. En presencia de estrés abiótico, los cultivos de interés agronómico se encuentran limitados en su crecimiento, desarrollo y productividad. Este tipo de estrés afecta a las plantas, a las bacterias y a la interacción entre ambas. En particular, el estrés ácido es un tipo de estrés, en donde los desafíos que enfrentan las bacterias no solo se deben a una elevada cantidad de H+, sino también a alteraciones en la disponibilidad de otros iones metálicos como, por ejemplo, cobre y zinc. En este trabajo de tesis, nos centramos en estudiar el sistema de dos componentes (TCS) ActJ-ActK en el sistema modelo de simbiosis Sinorhizobium meliloti – Medicago sativa con el fin de obtener información que nos permitiera arrojar luz sobre el rol biológico de ActJK en condiciones de estrés en vida libre y en simbiosis. Los homólogos de este TCS han mantenido sus características estructurales, secuenciales y elevado grado de sintenia a lo largo del tiempo que sugieren que su rol estaría conservado en otros miembros de la familia Rhizobiaceae. Profundizamos la caracterización funcional de este TCS, y avanzamos en la comprensión de los mecanismos moleculares que son mediados por el sistema ActJ-ActK, para adaptarse tanto a la exposición a condiciones ácidas, como a la presencia en altas concentraciones de cobre o de zinc. Para comprender la bioquímica que subyace a la vía de señalización mediada por ActJK estudiamos la activación y la regulación del sistema ActJK en vida libre. Con la finalidad de dilucidar los factores moleculares asociados a la función de ActJ, hallar un vínculo entre la actividad del regulador y la biología en vida libre de S. meliloti y reconocer los mediadores de la respuesta celular del mismo, exploramos los cambios en el perfil proteómico y metabolómico en el contexto génico de rizobios salvajes o mutantes delecionados en actJ. Estos análisis nos permitieron identificar y validar la presencia de un grupo de marcadores génicos cuya abundancia se encuentra vinculada a la presencia de ActJ y a condiciones específicas de estrés en vida libre y durante la simbiosis. En resumen, este estudio proporciona evidencias sobre el circuito regulatorio en el que ActJ y ActK participan para garantizar una conexión estímulo-respuesta específica, que permita la adaptación de la biología de S. meliloti a su entorno.