Leguminosas, rizobios y fijación de nitrógeno
El nitrógeno es uno de los elementos químicos más abundantes en la atmósfera. Sin embargo su forma más común, el nitrógeno molecular N2, no es accesible para los organismos puesto que es muy estable. Sin embargo, el nitrógeno forma parte indispensable de las proteínas, todas ellas cuentan con un extremo amino, en el que se encuentra una molécula de nitrógeno. Existen procesos físicos que permiten la conversión del nitrógeno atmosférico a nitrógeno utilizable, pero esta conversión es muy poca. No obstante, existen organismos que sí son capaces de coger el nitrógeno atmosférico y generar moléculas de nitrógeno que sí son utilizables por los seres vivos. Estos organismos a los que llamamos fijadores son en bacterias y arqueas, principalmente bacterias del género Rizobium, y se denominan rizobios comúnmente. Lee más sobre la fijación de nitrógeno en su artículo aquí.
Estos microorganismos se asocian de forma muy estrecha con las raíces de algunas plantas. La unión que más se conoce es la que forman con especies de leguminosas (Fabaceae). En las raíces de estos vegetales se forman engrosamientos de la raíz, formando nódulos, donde crecen las bacterias en el interior de la planta de forma simbionte. La leguminosa aporta energía y materia a la bacteria a cambio de moléculas de nitrógeno que son utilizadas por la leguminosa para formar sus proteínas. Esto se ha empleado durante muchos años para la rotación de cultivos, antes de la aplicación de abonos. Puesto que de esta manera se conseguía enriquecer el suelo en nitrógeno, con los exudados de las leguminosas, para que otras plantas pudieran utilizarlo después. La aparición de los abonos ricos en nitrógeno es un problema por la contaminación de suelos y agua asociada al exceso de nitrógeno, lee más sobre el tema aquí. Es por esto que la formación de nuevas especies bacterianas capaces de formar nódulos con especies vegetales, , mediante ingeniería genética, podría ayudar a paliar los problemas asociados al cultivo extensivo.
La unión entre las leguminosas y los rizobios es muy estrecha, las bacterias viven dentro del citoplasma de las células de las raíces. En otros grupos como las rosáceas o las gramíneas también cuentan con algunos géneros en sus filas capaces de albergar simbiontes de este tipo, como el arroz, el trigo o el maíz, las bacterias viven en el interior de las raíces, pero en el espacio intercelular.
Las bacterias capaces de formar rizobios se encuentran distribuidas también en varios taxones, tanto en alfa como en beta proteobacterias. Además dentro del mismo género podemos encontrar especies capaces de formar simbiosis con plantas y otras que son patógenas. Se especula con la hipótesis de que los genes relacionados con la capacidad de formar simbiosis con plantas tienen un antecedente común y fueron pasados por transferencia horizontal entre diferentes especies de grupos separados.
En los procesos de simbiosis ambos participantes (la bacteria y la raíz) emiten señales al suelo que son reconocidas por el otro y estimulan su acercamiento. De esta manera las raíces son estimuladas para formar pelos radiculares y las bacterias entrar por él hasta llegar a los nódulos que tiene la planta formados para almacenar a las bacterias.