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Explotando la diversidad genética para identificar variantes de la nitrogenasa reductasa superiores para diseñar plantas fijadoras de nitrógeno

Las plantas toman el nitrógeno del suelo mediante las raíces o en procesos de simbiosis con bacterias fijadoras de nitrógeno. La obtención variedades de cultivos capaces de fijar nitrógeno, supondría reducir drásticamente el uso de fertilizantes nitrogenados en agricultura industrial, evitando así, las consecuencias negativas que estos provocan en el medio ambiente, pero manteniendo la alta productividad de los cultivos. Este objetivo podría conseguirse transfiriendo a las plantas los genes bacterianos que codifican la enzima nitrogenasa. Un problema detectado para alcanzar este objetivo es la insolubilidad del componente NifH de la nitrogenasa del organismo modelo Azotobacter vinelandii cuando se expresa en las mitocondrias de tabaco.

En este trabajo se sintetizaron 32 variantes naturales de genes nifH pertenecientes a 32 organismos de origen y nicho ecológico diversos y se analizó la solubilidad de estas cuando fueron expresadas en mitocondrias de tabaco. De este análisis se obtuvieron 3 variantes sobresalientes en cuanto a solubilidad. Para analizar las propiedades bioquímicas de estos candidatos, se expresaron estas en la levadura de la cerveza, un organismo modelo más sencillo con el que determinar la actividad de la proteína. La variante de NifH que demostró tener un mayor potencial para ser activa fue la del organismo Hydrogenobacter thermophilus. Esta proteína se purificó de las mitocondrias de plantas de tabaco y se pudo observar que era activa cuando se realizaba este procedimiento al finalizar la fase oscura y añadiendo hierro al sustrato de las plantas.

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Publicación Original:

Jiang, X., Payá-Tormo, L., Coroian, D., García-Rubio, I., Castellanos-Rueda, R., Eseverri, Á., López-Torrejón, G., Burén, S., Rubio, L.M. 2021. Exploiting genetic diversity and gene synthesis to identify superior nitrogenase NifH protein variants to engineer N 2 -fixation in plants. Communications Biology 4, 1–11. DOI: 10.1038/s42003-020-01536-6

 

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