Identifican un gen de un hongo que regula el cobre de las plantas en suelos contaminados

Un equipo de investigación de la Estación Experimental del Zaidín (EEZ-CSIC, Granada) ha identificado un gen de un hongo del suelo asociado a las raíces y que mejora el crecimiento de las plantas tanto en entornos contaminados con cobre como en deficientes en este nutriente. Estos microorganismos poseen la capacidad de ‘filtrar’ este metal pesado, esencial para la fotosíntesis vegetal, para aportárselo a la planta cuando hay escasez. Así mismo, puede ‘ajustar la dosis’ para no perjudicarlas cuando hay exceso del mismo en el terreno. 

Las investigadoras se centran en uno de los hongos del suelo que regulan la disponibilidad de cobre para la planta, el hongo micorrícico arbuscular Rhizophagus irregularis, cuyo genoma no está totalmente estudiado en la actualidad. Por tanto, se desconoce cómo éste ejerce algunas de sus funciones biológicas. El trabajo de las investigadoras identifica y arroja luz sobre cómo opera uno de estos genes. Así, con esta información, podría desarrollarse un marcador molecular que permita identificar hongos micorrícicos, es decir, que estén asociados con la planta en una relación simbiótica de beneficio mutuo, más eficientes para regular el cobre que adquieren los vegetales. Asimismo, podrían emplearse como biofertilizantes y bioprotectores que mejoren las estrategias de cultivo.

Las investigadoras se centran en el hongo micorrícico arbuscular Rhizophagus irregularis.

Por un lado, este tipo de hongos micorrizos, obtienen de la planta compuestos carbonados que necesitan para desarrollarse, como son los carbohidratos y lípidos, y por otro lado, el hongo ayuda a las plantas a obtener los nutrientes minerales del suelo. Esta asociación también aporta protección frente a agentes patógenos y ayuda a las plantas a enfrentarse a condiciones adversas, como la sequía. “Al principio el organismo vegetal identifica el hongo como algo malo, pero a medida que pasa el tiempo, lo reconoce como un ‘aliado’. Nuestro objetivo es encontrar una forma de ‘vacunar’ a las plantas con biofertilizantes enriquecidos con estos microorganismos, de forma que respondan mejor a condiciones adversas y obtengan una mayor tolerancia en los terrenos contaminados con metales pesados como el cobre”, explica a la Fundación Descubre la investigadora de la EEZ-CSIC Nuria Ferrol.

Proteína ‘mensajera’

Como primer paso, las expertas del grupo Micorrizas de la EEZ-CSIC se centran en analizar el mecanismo biológico​ por el que el hongo micorrícico Rhizophagus irregularis regula el aporte de cobre a las plantas. Las científicas explican que estos microorganismos colonizan la raíz y desarrollan un extenso micelio, filamentos ramificados que se extienden por el suelo y mediante los que absorben los nutrientes minerales. Éste actúa a modo de red y llega a lugares más profundos a los que la raíz vegetal no alcanza y, de este modo, consigue agua y nutrientes que la planta no podría alcanzar por sí sola. Además, en suelos contaminados este micelio puede inmovilizar los minerales, disminuyendo su disponibilidad para la planta.

En el estudio ‘The arbuscular mycorrhizal fungus Rhizophagus irregularis uses the copper exporting ATPase RiCRD1 as a major strategy for copper detoxification’ publicado en Environmental Pollution, las expertas identifican el gen RiCRD1, que codifica una proteína que transporta cobre fuera del hongo. Esta proteína, ubicada en la membrana de este microorganismo, es como un ‘mensajero’ que absorbe el mineral y lo lleva a la raíz vegetal cuando hay escasez y lo expulsa de su organismo cuando hay exceso. “Hemos observado que uno de los mecanismos biológicos que utiliza este microorganismo para regular la ingesta de cobre y autopreservarse cuando hay demasiado es acumularlo en lo que denominamos ‘esporas suicidas’, que son azules debido a que están cargadas de este mineral”, comenta la investigadora del EEZ-CSIC Tamara Gómez. 

Para identificar este gen, así como el mecanismo biológico que permite a este microorganismo gestionar el cobre, las investigadoras lo aislaron mediante técnicas de PCR a partir del ADN extraído del hongo.

Las expertas explican que, como miembros del Consorcio Internacional de Secuenciación del Transcriptomma de Hongo, tuvieron acceso a su genoma y pudieron identificar mediante estudios bioinformáticos el gen RiCRD1 como candidato de producir la proteína ‘mensajera’ encargada de ‘filtrar’ y proporcionar el cobre a la planta, dependiendo de su disponibilidad.

Biofertilizantes y bioprotectores

A continuación, aplicaron técnicas bioquímicas y de biología celular para comprobar cómo funcionaba este gen. Debido a que aún no se dispone de metodologías eficientes que permitan modificar genéticamente los hongos micorrícicos, el estudio del gen se llevó a cabo en levadura, un organismo modelo que se emplea habitualmente en investigación por su capacidad para reproducirse con rapidez y cuyo genoma se ha estudiado ampliamente por la comunidad científica. Las expertas afirman que estos experimentos les han aportado información relevante sobre la doble función de la proteína que regula los niveles el cobre.

Cuando hay demasiado cobre, el hongo lo acumula en ‘esporas suicidas’, que son azules debido a que están cargadas de este mineral.

“Pudimos observar que el gen codifica una proteína que saca cobre del hongo y que se expresa en unas estructuras que este microorganismo forma dentro de la raíz, llamadas arbúsculos. En ellas es donde se da el intercambio de los nutrientes con la planta. Además, observamos que en suelos contaminados con cobre la expresión del gen aumentaba mucho en el micelio que crece fuera de la raíz”, explica la investigadora de la EEZ-CSIC Nuria Ferrol. 

El próximo paso de las investigadoras será analizar otros mecanismos biológicos que regulen el transporte de cobre para poder desarrollar inoculantes compuestos por hongos micorrícicos que puedan formar una relación simbiótica beneficiosa con la planta, que permitan optimizar la absorción de cobre por los cultivos y reducir los problemas asociados con la contaminación por este metal, dependiendo de cada situación específica.

Este trabajo ha sido financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación y por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional bajo el proyecto ‘A way of making Europe’ de la Unión Europea.

Reportaje sobre esta nota de prensa: Un gen de un hongo que ‘vacuna’ a las plantas para ayudarlas a crecer en suelos contaminados con cobre

Referencias

Gómez-Gallego, T., Molina-Luzón, M. J., Conéjéro, G., Berthomieu, P., & Ferrol, N. (2024). ‘The arbuscular mycorrhizal fungus Rhizophagus irregularis uses the copper exporting ATPase RiCRD1 as a major strategy for copper detoxification’. Environmental Pollution, 341, 122990.

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