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Un trabajo internacional liderado por investigadores del Consejo
Superior de Investigaciones Científicas (CISC) ha caracterizado la
relación de simbiosis existente entre dos organismos microscópicos del
plancton marino. En esta relación, la cianobacteria UCYN-A vive en
simbiosis junto a un grupo de algas unicelulares de mayor tamaño y ambas
intercambian nutrientes entre sí. Según los resultados del estudio, esta
relación se mantiene desde hace más de 90 millones de años y desempeña
un papel clave en el ciclo de nitrógeno en los océanos. El trabajo parte
de datos obtenidos en la expedición Tara Oceans y ha sido publicado en
la revista Nature Communications.
Fijadores de nitrógeno
El nitrógeno es el gas más abundante de la atmósfera y componente
esencial de los aminoácidos que forman las proteínas y de los ácidos
nucleicos como el ADN. Sin embargo, recae exclusivamente en algunas
bacterias la función de ponerlo a disposición de la red trófica. Tal y
como ocurre en algunos sistemas terrestres, como por ejemplo el de las
leguminosas, la simbiosis con estos microorganismos capaces de
incorporar nitrógeno atmosférico proporciona una ventaja adaptativa a
ambas partes. Esta premisa se mantiene en ambientes marinos, donde el
nitrógeno es uno de los nutrientes más limitantes en la producción
primaria oceánica. Entre las bacterias capaces de incorporar este
nitrógeno se encuentran algunas cianobacterias que, además, pueden
realizar la fotosíntesis.
La cianobacteria UCYN-A, que vive en simbiosis con un alga unicelular
del grupo de las primnesiofíceas, presenta la particularidad de que es
incapaz de realizar la fotosíntesis. En esta relación de conveniencia,
la cianobacteria UCYN-A proporciona nitrógeno al alga hospedadora
mientras que esta proporciona el carbono orgánico derivado de la
fotosíntesis a su huésped. Este estudio revela que la cianobacteria
UCYN-A actúa como una biofactoría de nitrógeno para su hospedador ya que
tanto su genoma como la expresión de sus genes están orientados
exclusivamente a este propósito.
Evolución en paralelo
El estudio también tiene implicaciones en biología evolutiva, ya que
describe dos relaciones de simbiosis entre dos especies de cianobacteria
y dos especies de alga cuyo vínculo ha evolucionado en paralelo. Las dos
especies de UCYN-A se separaron hace unos 90 millones de años, justo
después de un contexto paleoceanográfico en el que se dio el régimen de
nutrientes más bajo de los últimos 500 millones de años. Las células
hospedadoras habrían podido actuar como barrera física que impidiera el
intercambio genético de las cianobacterias simbiontes, lo que podría
haber determinado su diferenciación en distintas especies.
“La necesidad de la relación de simbiosis para sobrevivir, junto con la
reducción del genoma sufrido por la cianobacteria y la expresión de sus
genes, centrada principalmente en la fijación de nitrógeno, hace pensar
que estamos ante un proceso evolutivo similar al que dio lugar a los
cloroplastos en las plantas, es decir, a la formación de un orgánulo de
origen bacteriano cuya función será aportar nitrógeno a su hospedador”,
explica el investigador del CSIC Francisco M. Cornejo, del Instituto de
Ciencias del Mar.
“Se trata de un sistema simbiótico muy relevante en ambientes marinos
debido a que están globalmente distribuidos y, por tanto, pueden
condicionar el ciclo del nitrógeno y del carbono marinos”, revela Silvia
G. Acinas, investigadora del CSIC en el Instituto de Ciencias del Mar y
coordinadora de la línea de investigación en procariotas del proyecto
Tara Oceans.
“A día de hoy disponemos de una enorme cantidad de datos, impensables
hace pocos años, y es fundamental contar con recursos bioinformáticos y,
sobre todo, con personal humano para poder explorarlos y analizarlos.
Las historias están ahí; sólo necesitamos a alguien que las descubra”,
concluye la investigadora.
En este trabajo también han participado investigadores de la University
of Bristol (Reino Unido), VIB/VUB/KU Leuven (Bélgica), Aix-Marseille
Université (Francia), Centre National de la Recherche Scientifique –
CNRS (Francia), Genoscope (Francia), European Molecular Biology
Laboratory – EMBL (Alemania) y la University of California (Estados
Unidos).
Fuente: CSIC 22/03/2016
Francisco M. Cornejo-Castillo, Ana M. Cabello, Guillem Salazar, Patricia
Sánchez-Baracaldo, Gipsi Lima-Mendez, Pascal Hingamp, Adriana Alberti,
Shinichi Sunagawa, Peer Bork, Colomban de Vargas, Jeroen Raes, Chris
Bowler, Patrick Wincker, Jonathan P. Zehr, Josep M. Gasol, Ramon Massana
and Silvia G. Acinas. Cyanobacterial symbionts diverged in the late
Cretaceous towards lineage-specific nitrogen fixation factories in
single-celled phytoplankton. Nature Communications. 7:11071 DOI:
10.1038/ncomms11071 (2016).
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