Regulación de la Removilización de Nitrógeno en cereales. Participación de la isoenzima citosólica de la glutamina sintetasa

CARLA CAPUTO

Azul, Buenos aires, Argentina

Conferencia; 2º taller institucional: El suelo y los cultivos. INBA-CEBB-BIOLAB,; 2009

Fac. Agronomía, Univ. Nac Centro Prov. Bs. As,

La concentración proteica en el grano de trigo harinero (Triticum estivum L.) es de gran interés agronómico ya que es uno de los determinantes de su precio en el mercado internacional debido a su influencia tanto en la calidad panadera como en el valor nutricional. En nuestro país, ésta descendió en las últimas décadas al límite aceptable para poder ser trigo panificable, principalmente debido a que se priorizó el mejoramiento tendiente a aumentar el rendimiento a expensas de la calidad, dificultando así su exportación. Como este cultivo requiere grandes cantidades de fertilización nitrogenada para obtener una producción máxima, pero desperdicia una alta proporción en la paja al momento de la cosecha, resulta de la mayor importancia identificar los pasos limitantes en el control de la absorción, asimilación y removilización del nitrógeno (N) durante el desarrollo, tanto para mejorar la calidad panadera de nuestros trigos así como para aumentar la competitividad en los mercados internacionales. En este cereal, el N requerido para la síntesis de proteínas que se acumulan en el grano en desarrollo proviene mayormente de la removilización del N previamente asimilado y acumulado en los tejidos vegetativos (fuente pre-antesis), mediante la exportación mayormente de aminoácidos por el floema (sistema de conducción activo). De esta forma, la eficiencia de la removilización se convierte en el principal determinante de la concentración de proteínas del grano al final del ciclo del cultivo. Sin embargo, es muy poco lo que se conoce sobre la regulación de este proceso. Se conoce que el proceso de removilización está regulado tanto por factores internos como externos. Entre ellos, la glutamina sintetasa (GS) que se encuentra tanto en el citosol (GS1) como en el cloroplasto (GS2), es una enzima que juega un rol central en el metabolismo del N de las plantas superiores y, si bien numerosos estudios han sido llevados a cabo para definir cual es la participación de cada una de sus isoenzimas, poco se sabe aún sobre la función especifica de cada una de ellas. Por lo tanto, el estudio del mecanismo de regulación de GS1 y su relación con el transporte de compuestos nitrogenados, significa un aporte de relevancia al conocimiento del metabolismo del N, que proporcionará una nueva herramienta para el mejoramiento de la eficiencia en el uso del N por parte del cultivo de trigo. En las investigaciones referentes al la regulación del transporte de N desde los órganos fuente a los destino pudimos observar que en las plantas jóvenes cultivadas bajo un adecuado suministro lumínico y de N los aminoácidos exportados al floema provendrían del N recientemente asimilado, mientras que en situaciones de estrés, serían los aminoácidos almacenados previamente en las hojas o los derivados de la proteólisis los que se exportan. La concentración de la mayoría de los aminoácidos encontrados en el floema es proporcional a su concentración en las hojas, sin embargo, algunos aminoácidos resultan favorecidos mientras que otros son discriminados a la hora de ser exportados, sugiriendo la existencia de al menos un paso de regulación en el proceso de exportación. Las plantas al ser sometidas a cambios en sus condiciones de crecimiento, reaccionan modificando una variedad de parámetros. Nosotros observamos que al someterlas tanto a una deficiencia de N como al suplemento de una hormona sintética (6-bencilaminopurina; BAP, una citocinina), se producían cambios tanto en la tasa de exportación de aminoácidos al floema como en la expresión de la enzima glutamina sintetasa citosólica (GS1), y que existía una fuerte correlación entre estos dos parámetros lo que sugiere la participación de esta enzima en el mecanismo de regulación del transporte de N. A partir de estos resultados se decidió estudiar el efecto de la inhibición de esta enzima con un inhibidor (MSX, metionina sulfoximida) sobre el transporte de aminoácidos y observamos que las plantas que fueron rociadas con distintas concentraciones del inhibidor presentaron un aumento de la concentración de aminoácidos exudados al floema, inversamente proporcional al grado de inhibición de la enzima. También observamos que si a las plantas que eran sometidas a una deficiencia de N o al agregado de BAP se las trataba conjuntamente con MSX, se revertía completamente el efecto inhibitorio que estos dos tratamientos poseen sobre la explotación de aminoácidos. Como conclusión, y dado que en la bibliografía hay datos que indican que esta enzima tendría un efecto promotor de la acumulación de proteínas en le grano de trigo, sugerimos que los cambios producidos en la actividad de la GS1 alteran la relación entre los aminoácidos glutamato y glutamina en el citosol, lo que a su vez determinaría la tasa de exportación de aminoácidos al floema establecida en cada condición de crecimiento, mediante la acumulación o privación del aminoácido de transporte preferencial. Como el glutamato es el aminoácido más abundante en el floema de las plantas de trigo en estado vegetativo, mientras que glutamina es el que predomina durante la etapa del llenado del grano, la acción de esta enzima sería represora en la etapa vegetativa y promotora en la reproductiva del transporte de compuestos nitrogenados