El nitrógeno es, después del agua, el principal nutriente que limita el desarrollo de las plantas. La fijación biológica de nitrógeno (FBN) aporta la mayor parte del nitrógeno fijado a los ecosistemas terrestres, y es además, un proceso agronómicamente significativo que provee una alternativa al uso de fertilizantes químicos. Para que los beneficios de la FBN puedan repercutir en la mejor calidad de las cosechas y en el aumento de la productividad, es necesario que las interacciones beneficiosas (bacteria-planta) sean cada vez mas entendidas. Las bacterias del género Rhizobium establecen una relación simbiótica con las raíces de las plantas leguminosas en una estructura denominada nódulo, en la cual se realiza la fijación biológica de nitrógeno. La asociación simbiótica rhizobia-leguminosa representa la culminación de una serie de eventos que requiere de la expresión definida y temporal de genes específicos. Las moléculas señal inducen la expresión de genes bacterianos los cuales a su vez inducen la expresión de genes de la planta que provocan cambios en el desarrollo morfológico de las raíces. Rhizobium etli es una bacteria del suelo que establece una relación simbiótica efectiva con plantas de frijol (Phaseolus vulgaris). El modelo de regulación de los genes fix en R. etli CFN42 presenta características novedosas a las reportadas para otros rhizobia: (i)la cascada de regulación de los genes fix inicia con una proteína FixL atípica y con la ausencia de un homólogo estructural a FixJ; (ii) participan reguladores codificados en tres replicones que pertenecen a la familia de reguladores tipo Fnr. Los resultados recientes de nuestro grupo de investigación mostraron la participación de dos novedosos reguladores que pertenecen a la familia de reguladores tipo Fnr llamados StoR, por su participación en la regulación de la expresión y síntesis de la oxidasa simbiótica en R. etli CFN42. Nuestros resultados muestran que stoRd juega un papel represivo durante la simbiosis mientras que stoRf es necesario para una expresión total de la habilidad de fijar nitrógeno de R. etli. El papel funcional contrastante que presentan estos reguladores sobre la fijación de nitrógeno, sugiere que stoRd reprime un grupo de genes que incluye pero que no se limita a las reiteraciones fixNOQP. Por el contrario, stoRf controla, ya sea directa o indirectamente, un grupo de genes diferentes a los controlados por stoRd. En el desarrollo del proyecto evaluaremos la participación de cada uno de los dominios estructurales de StoRd y StoRf en la funcionalidad de las proteínas en el reconocimiento y regulación de sus genes blanco con el propósito de establecer el mecanismo utilizado para ejercer su función reguladora. Por otra parte, el análisis de la cascada de regulación de los genes nif, mediada por la proteína NifA en R. etli CFN42 ha sido limitado. El análisis de la secuencia del genoma de esta bacteria muestra la presencia de un sistema regulador de dos componentes formado por ActSR, sistema de regulación global de dos componentes altamente conservado que participa en la regulación de importantes procesos celulares implicados en la generación y utilización de energía. Los resultados de este proyecto nos permitirán establecer la participación o no de ActR como un elemento adicional en la cascada de regulación de los genes nif en R. etli y su participación en la conectividad de ambas vías de regulación. En este proyecto, utilizaremos herramientas genéticas complementadas con herramientas genómicas, con el objetivo de analizar el patrón de expresión de los reguladores StoR y ActR de R. etli, tanto en vida libre como en simbiosis. Para ello, utilizaremos cepas mutantes en dichos genes o cepas que los sobre-expresen para hacer un análisis fenotípico Para identificar el grupo de genes bajo el control de cada proteína implementaremos en nuestro modelo de investigación la metodología conocida como ChIP-onchip (experimentos de interacción global con el DNA-Proteínas a través de inmunoprecipitación de cromatina acoplados con microarreglos ).

Contribución La transducción de señales del medio ambiente permite a los organismos responder a nivel celular a los cambios ambientales y fisiológicos por medio de regular su expresión génica. Los reguladores transcripcionales se unen o se disocian del DNA para activar o desactivar sus genes blanco y modular así su actividad transcripcional. El desarrollo de proyectos genómicos abre las perspectivas para el avance del conocimiento de las redes de regulación que operan en los diferentes sistemas biológicos. El entendimiento de los mecanismos por medio de los cuales las bacterias integran las señales del medio ambiente y responden a nivel de su expresión genética es la consecuencia de la integración de la información estructural de los genomas con la funcionalidad de los mismos. El análisis funcional global de proteínas con papel regulatorio, como son StoR y ActR, en el proceso de fijación de nitrógeno contribuirá al conocimiento general de las señales y los elementos reguladores que gobiernan la biología de bacterias del suelo fijadoras de nitrógeno y a la posible caracterización de “señales simbióticas” hasta hoy desconocidas. Dada la complejidad de las redes de regulación que operan en los organismos fijadores de nitrógeno y el desconocimiento de los genes regulados por las proteínas StoR y ActR en Rhizobium etli así como de los mecanismos que estas utilizan para llevar a cabo su papel funcional, nuestros resultados contribuirán de manera importante en el avance del conocimiento de esta área. Cabe destacar que en este proyecto de investigación implementaremos el uso en R. etli de la metodología genómica conocida como ChIP-on-chip, por medio de la cual es posible identificar in vivo regiones de un genoma a las que se unen específicamente proteínas de unión a DNA (factores de transcripción TF). La implementación de esta metodología en Rhizobium impactará importantemente en el conocimiento de las redes de regulación que existen en estas bacterias y su relación con las condiciones del medio ambiente.