Caracterización molecular y funcional de NRT1 de Chlamydomonas y su relación con otros transportadores de nitrato/nitrito

Abstract

En este trabajo se ha utilizado Chlamydomonas como organismo modelo para estudiar el papel de los transportadores de nitrato/nitrito en la adquisición de un nutriente básico para los organismos autótrofos, como es el nitrato, así como conocer la función precisa de estos transportadores en la homeostasis de nitrato y la adaptación a las condiciones ambientales cambiantes y adversas. Chlamydomonas es un alga unicelular eucariota fotosintética y un modelo emergente para el estudio de gran cantidad de procesos biológicos, entre ellos el que se propone. La asimilación de nitrato en una célula eucariótica fotosintética es un proceso aparentemente sencillo. Sin embargo, la regulación de esta ruta es extremadamente compleja y permite responder y adaptarse a las condiciones ambientales de fuentes de nitrógeno disponible, luz, carbono, otros nutrientes (Galván et al., 2006; Fernández y Galván, 2007). En esta regulación/adaptación los sistemas de transporte deben tener un papel clave ya que son los que condicionan las concentraciones de nitrato dentro de la célula, que deben estar correguladas con la capacidad de la célula de adimilar el nitrato que reduce. A nivel molecular, se han identificado tres famiilias de genes implicadas en el transporte de nitrato/nitrito: Nrt1 (PTR), Nrt2 (NNP) y Nar1 (FNT) (Crawford and Glass, 1998; Fernández and Galván, 2007). Nuestra hipótesis de partida fue que los transportadores de nitrato/nitrito deben tener un papel clave en la homeostasis, asimilación y señalización por nitrato. Conocer el papel individual de cada uno de los transportadores es importante para entender los mecanismos de regulación de la nutrición mineral y la eficiencia del proceso. La secuenciación del genoma de Chlamydomonas reinhardtii, la facilidad de su cultivo, su genética haploide y la posibilidad de transformar sus tres genomas fomentan su uso como organismo modelo, especialmente para plantas (Harris et al., 2009). La genómica funcional de la asimilación de nitrato en Chlamydomonas es considerada un modelo en plantas. En la asimilación de nitrato en una célula eucariótica fotosintética se distinguen los siguientes pasos: 1.- La entrada de nitrato a la célula mediada por sistemas de transporte específicos, 2.- La reducción de nitrato a nitrito en el citoplasma catalizada por la molibdoenzima nitrato reductasa (NR), 3.- La entrada de nitrito al cloroplasto catalizada por transportadores específicos, 4.- La reducción de nitrito a amonio en el cloroplasto catalizada por la nitrito reductasa (NiR), y 5.- la incorporación del amonio a esqueletos carbonados mediante el ciclo de la glutamina sintetasa/glutamato sintasa (GS/GOGAT). Sin embargo, la regulación de esta ruta es extremadamente compleja y permite responder y adaptarse a las condiciones ambientales de fuentes de nitrógeno disponible, luz, carbono, otros nutrientes, etc¿ (Fernández and Galván 2007). En cuanto a los sistemas de transporte de nitrato/nitrito a nivel molecular, se han identificado tres familias de genes implicadas: Nrt1(PTR), Nrt2(NNP) y Nar1(FNT) (Crawford and Glass 1998; Fernández and Galván 2007, 2008). La comparación de los genomas de Chlamydomonas y Arabidopsis indican la relación de estos transportadores: En Arabidopsis existen 53 Nrt1, 7 Nrt2 y 0 Nar1, mientras que en Chlamydomonas 1 Nrt1, 6 Nrt2 y 6 Nar1. En Chlamydomonas se sugería la presencia de un posible NRT1, sólo sobre la base de datos del genoma, sin embargo su caracterización molecular y funcional está aún por realizar.