Fixating on metals: new insights into the role of metals in nodulation and symbiotic nitrogen fixation

Resumo

A fixação simbiótica de nitrogênio é uma das alternativas mais promissoras e imediatas ao uso excessivo de fertilizantes nitrogenados poluentes para melhorar a nutrição das plantas. No centro desse processo estão várias metaloproteínas que catalisam e fornecem energia para a conversão do nitrogênio atmosférico em amônia, eliminam os radicais livres produzidos por esse processo e criam as condições microaeróbicas necessárias para essas reações. Nas leguminosas, os cofatores metálicos são fornecidos aos rizóbios endossimbióticos dentro das células corticais do nódulo da raiz. No entanto, a baixa biodisponibilidade de metais é predominante na maioria dos tipos de solos, resultando em deficiência generalizada de metais nas plantas e diminuição da capacidade de fixação de nitrogênio. Como resultado, esforços renovados foram empreendidos para identificar os mecanismos que regem o fornecimento de metais do solo para os rizóbios e para determinar como os metais são usados no nódulo e como são reciclados quando o nódulo não é mais funcional. Esse esforço está sendo auxiliado por ferramentas aprimoradas de biologia molecular de leguminosas (projetos de genoma, coleções de mutantes e métodos de transformação), além de sistemas de visualização de metais de última geração.

Abstract

Symbiotic nitrogen fixation is one of the most promising and immediate alternatives to the overuse of polluting nitrogen fertilizers for improving plant nutrition. At the core of this process are a number of metalloproteins that catalyze and provide energy for the conversion of atmospheric nitrogen to ammonia, eliminate free radicals produced by this process, and create the microaerobic conditions required by these reactions. In legumes, metal cofactors are provided to endosymbiotic rhizobia within root nodule cortical cells. However, low metal bioavailability is prevalent in most soils types, resulting in widespread plant metal deficiency and decreased nitrogen fixation capabilities. As a result, renewed efforts have been undertaken to identify the mechanisms governing metal delivery from soil to the rhizobia, and to determine how metals are used in the nodule and how they are recycled once the nodule is no longer functional. This effort is being aided by improved legume molecular biology tools (genome projects, mutant collections, and transformation methods), in addition to state-of-the-art metal visualization systems.