La capacidad para fijar nitrógeno de bacterias y arqueas en simbiosis con hospederos (plantas, insectos y otros animales) permite a éstos habitar en nichos pobres en nitrógeno. En el caso de cultivos agrícolas los fijadores de nitrógeno pueden ser utilizados como biofertilizantes. Rhizobium etli y R. tropici, bacterias fijadoras de nitrógeno normalmente asociadas a frijol son capaces de colonizar al maíz. En este proyecto proponemos analizar mediante transcriptómica los genes de estos rizobios que se expresen en la rizósfera de dos cultivares de maíz. También determinaremos si en la cochinilla del carmín, en la mosca de la fruta y en la microbiota de dos herbívoros se lleva a cabo fijación de nitrógeno por distintas bacterias (o arqueas) simbiontes de dichos hospederos.

Genómica funcional de rizobios en la rizósfera del maíz_x000D_ En la agricultura tradicional, por milenios se han cultivado en asociación el maíz y el frijol en México. También hay cultivos de maíz y frijol en asociación en Perú y en algunos lugares de España. Tal vez la cercanía de las raíces de estas plantas en este tipo de cultivos ha permitido que compartan bacterias simbióticas y encontramos que Rhizobium etli, que normalmente forma nódulos en las raíces de frijol, es un endófito (revisión de endófitos en Rosenblueth y Martínez-Romero 2006) natural de maíz (Gutiérrez-Zamora y Martínez-Romero 2001; Rosenblueth y Martínez-Romero 2004). También se ha encontrado a R. etli en papas (Reiter et al 2002)._x000D_ Se seleccionó una cepa de R. etli (Ch24-10) altamente competitiva en la colonización del maíz la cual es muy buena fijadora de nitrógeno en frijol (Rosenblueth y Martínez-Romero 2004). R. etli puede hacer limitados aportes de nitrógeno al maíz (datos no publicados). Además de R. etli hemos encontrado que R. tropici CIAT 899 puede colonizar al maíz (Ormeño-Orrillo et al 2008). R. tropici también se ha reportado como endófito del álamo (Doty et al 2005). Es de nuestro interés determinar si los genes de nitrogenasa, la enzima encargada de fijar nitrógeno atmosférico, se expresan en R. etli o R. tropici asociado a maíz. Además la comparación de los genes de R. etli y R. tropici que se expresen en la rizósfera del maíz permitirá establecer si existe un genoma común en rizobios para la interacción con maíz. Estos datos se compararán con los genes expresados de R. etli Ch24-10 en la rizósfera del frijol. Tenemos el genoma casi completo de la cepa Ch24-10 que es mucho más cercano al de CIAT 652 que al de la cepa tipo CFN42, siendo la primera una cepa más eficiente para fijar nitrógeno que la segunda. Para cerrar el genoma de Ch24-10 se realizarán ensayos de PCR y los productos obtenidos se secuenciarán por Sanger. La secuencia del genoma de R. tropici CIAT899 ya la hemos obtenido. El contar con estos genomas nos permitirá tener el marco necesario para el análisis del transcriptoma. Es de notar que el análisis transcriptómico en la rizósfera del maíz es en cierta medida un estudio metagenómico ya que las semillas de maíz siempre contienen bacterias endófiticas de manera natural (Rosenblueth et al 2011; Pereira et al 2011), de tal suerte que sobre la raíz no solo se encuentra el Rhizobium inoculado en los ensayos sino también diversas bacterias como bacilos, metilobacterias y sphingomonas._x000D_ El análisis propuesto será una complementación muy buena de otros estudios transcriptómicos que se llevan a cabo en el CCG. Christian Solhenkamp obtuvo financiamiento del CONACyT para analizar el genoma funcional de R. tropici en condiciones de estrés ácido y Miguel Ángel Ramírez el de R. etli CFN42 en diversas condiciones. Sergio Encarnación ha realizado desde varios años estudios de transcriptómica de CFN42 con microarrays y también estudios de proteómica. Este proyecto nos permitirá formar parte del esfuerzo del CCG en genómica funcional de Rhizobium, compartir datos y enriquecer el análisis. En esta parte participarán de mi grupo: el Dr. Ernesto Ormeño, una posdoc argentina Julia Althabegoiti, Julio Martínez y las alumnas de doctorado, Martha López Guerrero y de maestría, Yessica Paredes. Hemos sido invitados por el Dr. Frans de Bruijn para escribir el capítulo “Rhizobial genetic repertoire to inhabit legume and non-legume rhizospheres” que será parte de un compendio sobre rizósfera llamado “Molecular Microbial Ecology of the Rhizosphere” que editará Wiley/Blackwell._x000D_ _x000D_ Genómica funcional de los endosimbiontes de insectos_x000D_ En años recientes emprendimos el estudio de la biodiversidad de endosimbiontes de insectos. Hemos encontrado muchos paralelos entre estas simbiosis de insectos y las de los nódulos de las leguminosas. Estamos por completar los análisis de simbiontes de varios insectos que elegimos como el niij (Llaveia axin axin) y la mariposa monarca (Danaus plexippus). De ésta obtuvimos del microbioma intestinal, bacterias cultivadas del género Commensalibacter, relacionadas en cierta medida con las que se han reportado en Drosophila (Roh et al 2008), en la cual Commensalibacter previene la proliferación de bacterias patógenas. Además las bacterias intestinales de Drosophila participan en determinar sus preferencias sexuales (Sharon et al 2010)._x000D_ Resulta de especial interés la cochinilla del carmín, dentro de ésta hemos encontrado una comunidad microbiana constituida por un hongo con bacterias asociadas y una beta Proteobacteria que pudiera ser el endosimbionte primario de la cochinilla (Ramírez-Puebla et al 2010). Los endosimbiontes primarios de insectos proveen a éstos de vitaminas y aminoácidos que no los aporta la dieta y que nos son sintetizados por los insectos (Mc Cutcheon y von Dohlen 2011). Hemos identificado que el hongo está relacionado con los del género Phoma. Encontramos que a su vez el hongo se encuentra asociado con bacterias como Paenibacillus entre las que se han reportado fijadores de nitrógeno (Ma et al 2007). Hemos podido cultivar al hongo en el laboratorio y en ensayos de reducción de acetileno, que revelan actividad de fijación de nitrógeno, hemos detectado un pequeño pico de etileno que pudiera indicar fijación de nitrógeno en el hongo dada por sus bacterias asociadas. Debemos de confirmar esto con análisis utilizando 15N2 como se describe en Buckley et al (2007) y evaluando la expresión de genes de nitrogenasa dentro del insecto. La secuencia del gen nos permitirá determinar la identidad de las bacterias fijadoras de nitrógeno._x000D_ En la mosca del Mediterráneo (Ceratitis capitata), Jurkevitch y colaboradores encontraron fijación de nitrógeno y aislaron enterobacterias fijadoras de nitrógeno del género Klebsiella (Behar et al 2005). También se han obtenido klebsiellas de hormigas (Pinto-Tomas et al 2009) y otras bacterias fijadoras de N de escarabajos (Morales-Jiménez et al 2009). Se considera que la fijación de nitrógeno confiere una ventaja a la mosca del Mediterráneo (Behar et al 2008a y b; Ben-Yosef et al 2008). En México la mosca mexicana de la fruta (Anastrepha ludens) es una peste de importancia y nos han invitado investigadores del Programa Moscafrut en Tapachula Chiapas, en particular la Dra. Cristina Silvia Zepeda Cisneros, para colaborar en el análisis de las bacterias de la mosca mexicana de la fruta; nuestro especial interés son las bacterias fijadoras de nitrógeno. En México existe un programa de irradiación de machos para esterilizarlos, liberarlos al ambiente y competir con machos silvestres para controlar poblaciones. Estos machos irradiados, muchas veces son menos competitivos que los no irradiados y se ha sugerido que pierden sus poblaciones bacterianas con la radiación. Si se inocularan con éstas (incluyendo bacterias fijadoras de nitrógeno) los machos podrían ser mejores competidores. El conocimiento de las bacterias constituirá una base para este tipo de trabajos._x000D_ Si los humanos pudiéramos fijar nitrógeno con nuestras bacterias del intestino necesitaríamos ingerir menos proteínas. Hace muchos años se reportó que una población humana de Nueva Guinea que se alimentaba mayormente de tubérculos de almidón, no presentaba deficiencias nutricionales y se pensó que bacterias fijadoras de nitrógeno contribuían en la nutrición. Se aislaron fijadores de N de heces entre las que se encontraron enterobacterias como Klebsiellas (Bergersen y Hipsley 1970). Pensamos que esto se podría estudiar en herbívoros con desbalances C/N con un enfoque independiente de cultivo. Datos preliminares de mi laboratorio indican que hay fijación de nitrógeno en las heces de Kobus ellipsiprymnus (antílope acuático) y Geochelone sulcata (tortuga de espolones). En la segunda parte del proyecto participarán Berenice Jiménez, alumna de maestría en Ciencias Bioquímicas, UNAM, Shamayin Tabita Ramírez Puebla, alumna del doctorado en Ciencias Biomédicas, Arturo Vera Ponce de León, candidato a ingresar al doctorado, Julio Martínez-Romero y la Dra. Mónica Rosenblueth._x000D_ _x000D_ Contribuciones del Proyecto:_x000D_ Generará conocimiento que permitirá utilizar f