Rol del sistema antioxidante de microsimbiontes de leguminosas y su relación con la tolerancia a estrés abiótico durante la simbiosis

Abstract

La sequía y la salinidad son los principales factores que afectan la fijación biológica de nitrógeno mediada por la simbiosis rizobio/leguminosa. Una de las respuestas globales a estas condiciones de estrés es el aumento intracelular de las especies activas del oxígeno (EAOs). En los rizobios, el sistema antioxidante les permite modular los niveles de EAOs producidos ya sea en vida libre o en la interacción simbiótica. Una de las enzimas clave que participa en la modulación redox de estos procesos es la Superóxido dismutasa (SOD, EC 1.15.1.1). En Mesorhizobium loti MAFF303099, la SOD está codificada por el gen mlr7636. Este trabajo exploró la hipótesis de que la sobreexpresión de SOD en rizobios contribuye a aumentar la tolerancia a estrés oxidativo en vida libre y durante la nodulación de leguminosas cultivada en estrés salino. Por ello, fueron estudiados en Mesorhizobium loti y Sinorhizobium meliloti los efectos de la sobreexpresión de SOD, analizando su tolerancia a estrés oxidativo en vida libre y en simbiosis con Lotus japonicus y Medicago sativa cultivadas en condiciones de estrés salino. Los resultados revelaron que, en primer lugar, la sobreexpresión de SOD incrementó la tolerancia de los rizobios a superóxido y peróxido de hidrógeno en vida libre, y en segundo lugar, que la aplicación de M. loti con sobreexpresión de SOD revierte los efectos adversos de la salinidad sobre L. japonicus aun sin establecerse la simbiosis.

Reactive oxygen species (ROS) are unavoidable by-products of aerobic life and their signaling role during plant-microbe interactions has been extensively demonstrated. ROS are constantly produced during normal metabolic processes, but their levels are increased under abiotic stress conditions. In rhizobia, the antioxidant system allows bacteria to modulate ROS levels produced during both the free-living stage and the symbiotic interaction. One of the key enzymes that participate in the redox modulation of these processes is Superoxide dismutase. In Mesorhizobium loti MAFF303099, the SOD is encoded by the mlr7636 gene. To our knowledge, there are no reports about the effect of bacterial SOD overexpression either on tolerance to oxidative stress or on the symbiotic performance under salt stress conditions. Thus, the objective of this study was to investigate the effects of SOD overexpression in Mesorhizobium loti and Sinorhizobium meliloti on their tolerance to oxidative stress in free-living conditions and in symbiosis with Lotus japonicus and Medicago sativa cultivated in salt stress condition. Our results revealed that SOD overexpression improved the tolerance of both rhizobia to superoxide and hydrogen peroxide. Moreover, the application of M. loti with SOD overexpression improve the L. japonicus performance in saline stress, despite the establishment of the symbiosis with the legume was inhibited.