Identifican en Arabidopsis un gen que regula la “saciedad” de nitrógeno

El control de la absorción de nitrógeno en plantas sumó un nuevo avance a partir de un estudio realizado en Arabidopsis thaliana, una especie utilizada como modelo de investigación. Científicos del Conicet y de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires, en colaboración con investigadores de la Universidad de Nueva York (NYU), identificaron un gen que actúa como “interruptor de saciedad” de nitrógeno. El trabajo fue descrito en la revista The Plant Cell.

El nitrógeno (N) es un nutriente central para el crecimiento de los cultivos. Participa en el desarrollo de biomasa, el rendimiento de grano, la arquitectura radicular —las raíces que absorben nutrientes del suelo— y la fotosíntesis. En paralelo, el estudio remarca un problema de eficiencia: “las plantas solo absorben alrededor del 50 por ciento del N disponible de los fertilizantes, que son costosos y generan un impacto ambiental negativo”, señaló Mariana Obertello, directora del estudio e investigadora del Conicet en el Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular Dr. Héctor Torres (INGEBI-Conicet).

El gen identificado es HHO5, que codifica un factor de transcripción, es decir, una proteína que prende o apaga otros genes. “Cuando la planta acumula suficiente N orgánico, esto activa el gen HHO5 que regula directa o indirectamente alrededor del 12 por ciento de los genes que responden a la dosis de nitrógeno en la planta”, comentó Obertello.

El estudio distingue dos formas de nitrógeno relevantes para la planta. El N inorgánico es el que se absorbe directamente del suelo, ya sea porque está presente de manera natural o por el agregado de fertilizantes. El N orgánico es el que la planta ya procesó y almacenó en sus células a partir del N inorgánico absorbido. “Cuando hay ‘suficiente’ N orgánico circulando en su interior, la planta interpreta que está ‘saciada’ y no necesita seguir absorbiendo más N inorgánico del suelo”, afirmó Jorge Muschietti, también autor del estudio e investigador del Conicet en el INGEBI y en el Departamento de Biodiversidad y Biología Experimental de la FCEN-UBA.

Para probar el papel de HHO5, el equipo eliminó el gen en plantas mutantes. En ciertas condiciones, esas plantas absorbieron casi el triple de nitrógeno inorgánico, lo que confirmó que HHO5 funciona como freno de la incorporación de N desde el suelo. Ese cambio tuvo efectos asociados: raíces más cortas, menos semillas por fruto y semillas con menos N.

En términos mecanísticos, los autores comprobaron que HHO5 reprime directamente genes de absorción de N inorgánico, como NRT1.1, y que la inducción de genes vinculados al metabolismo del nitrógeno orgánico se realiza junto con otra proteína, WRKY21. Además, el estudio integró datos genómicos publicados sobre N orgánico e inorgánico mediante análisis bioinformáticos para construir un modelo de red regulatoria (“network walking”) que conecta a HHO5 con genes blanco directos e indirectos.

El siguiente paso del trabajo apunta a buscar mecanismos y genes homólogos en cultivos de interés como arroz, maíz y trigo, con el objetivo de explorar variedades que puedan absorber más nitrógeno disponible del suelo y reducir la necesidad de aplicar fertilizante nitrogenado.