Nódulo radicular

Os nódulos radiculares son formacións de forma esférica ou cilíndrica que aparecen nas raíces de moitas plantas (principalmente Fabaceae) orixinadas pola simbiose destas plantas con bacterias fixadoras do nitróxeno. Trátase duns crecementos da raíz, onde viven as bacterias. En condicións nas que a dispoñibilidade de nitróxeno é limitada, certas plantas establecen unha relación simbiótica con estirpes de bacterias específicas de hóspede coñecidas como rizobios (fundamentalmente). Este proceso evolucionou moitas veces entre as Fabaceae (leguminosas), e tamén noutras especies pertencentes ao clado das Rósidas.
Nos nódulos das leguminosas, o gas nitróxeno da atmosfera convértese en amoníaco, o cal será asimilado incorporándose aos aminoácidos (os compoñentes que forman as proteínas), nucleótidos (que forman o ADN, ARN e o ATP), e outros constituíntes celulares nitroxenados, como vitaminas, flavonas, hormonas etc. A súa capacidade de fixación do nitróxeno gasoso fai que as leguminosas sexan unhas especies agrícolas ideais, xa que non requirirán apenas fertilizantes nitroxenados e enriquecerán o chan con nitróxeno asimilable. A enerxía que cómpre para a fixación bacteriana do nitróxeno nos nódulos procede dos azucres que se transportan ás raíces desde as follas (onde se formaron na fotosíntese). O malato, un produto que se orixina na degradación metabólica dos azucres da planta, é a fonte de carbono para os bacteroides dos nódulos. A fixación do nitróxeno nos nódulos é moi sensible ao osíxeno. Os nódulos dos legumes conteñen unha proteína con ferro chamada leghemoglobina, moi similar á mioglobina animal, que recolle o osíxeno e facilita a conversión do gas nitróxeno en amoníaco. Clasificación
Describíronse dous tipos principais de nódulos: determinados e indeterminados.
Os nódulos determinados encóntranse en (sub)leguminosas tropicais, como as do xénero Glycine (soia), Phaseolus (feixón), Lotus, e Vigna. Os nódulos determinados perden a actividade meristemática pouco despois da súa iniciación, polo que o seu crecemento se debe á expansión das células, o que orixina nódulos maduros de forma esférica.
Os nódulos indeterminados encóntranse nas leguminosas de climas temperados, como Pisum (chícharo), Medicago (alfalfa), Trifolium (trevo), e Vicia (ervellaca). Denomínanse "indeterminados" porque manteñen activo un meristema apical que produce novas células durante toda a vida do nódulo. Isto dá lugar a nódulos que teñen unha forma xeralmente cilíndrica. Como están en activo crecemento, os nódulos indetermijnados presentan zonas con estados claramente diferentes de desenvolvemento/simbiose: Zona I—o meristema activo. Aquí é onde se forma o novo tecido do nódulo, que se diferenciará máis tarde nas outras zonas do nódulo.
Zona II—a zona de infección. Esta zona está permeada con filamentos de infección cheos de bacterias. As células da planta son máis grandes ca na zona anterior e a división celular está detida.
Interzona II–III—Aquí as bacterias entraron nas células da planta, e estas conteñen amiloplastos. Alónganse e empezan a diferenciarse terminalmente en bacteroides simbióticos, fixadores de nitróxeno.
Zona III—a zona de fixación de nitróxeno. Cada célula desta zona contén un gran vacúolo central e o citoplasma está cheo de bacteroides completamente diferenciados, que están realizando a fixación do nitróxeno activamente. A planta proporciona a estas células leghemoglobina, dando unha cor rosa característica.
Zona IV—a zona senescente. Aquí as células da planta e o seu contido en bacteroides están sendo degradados. A descomposición do compoñente hemo da leghemoglobina dá lugar a unha visible cor verdosa na base do nódulo. Nodulación
As leguminosas liberan compostos chamados flavonoides polas súas raíces, que desencadean a produción de factores nod (de nodulación) por parte da bacteria. Cando o factor nod é percibido pola raíz, teñen lugar varios cambios bioquímicos e morfolóxicos: desencadéase a división celular na raíz para crear o nódulo, e o crecemento dos pelos radicais rediríxese para enrolarse arredor da bacteria moitas veces ata que encapsula completamente unha ou varias bacterias. As bacterias encapsuladas divídense moitas veces, formando unha microcolonia. A partir desta microcolonia, as bacterias entran no nódulo en desenvolvemento a través dunha estrutura chamada filamento de infección, que crece a través do pelo radical ata a parte basal da célula da epiderme, e continúa polo córtex da raíz; despois, quedan rodeadas por unha membrana formada pola planta e diferéncianse en bacteroides que fixan nitróxeno.
A nodulación está controlada por unha variedade de procesos, tanto externos (calor, chans ácidos, seca, nitratos) coma internos (autorregulación da nodulación, etileno). A autorregulación da nodulación controla o número de nódulos por planta por medio dun proceso sistémico que implica á folla. O tecido da folla percibe os eventos do inicio da nodulación na raíz por medio de sinais químicos descoñecidos, despois restrinxe o desenvolvemento ulterior do nódulo nos tecidos da raíz de nova formación. As quinases receptoras con repeticións ricas en leucina (LRR) (chamadas NARK na soia (Glycine max); HAR1 en Lotus japonicus, SUNN en Medicago truncatula) son esenciais para a autorregulación da nodulación. As mutacións que orixinan a perda de función destas quinases receptoras para a autorregulación da nodulación causan supernodulación ou hipernodulación. A miúdo a perda da actividade das quinasas receptoras desta autorregulación vai acompañada de anormalidades no crecemento da raíz, o que suxire que o crecemento dos nódulos e o desenvolvemento da raíz están vencellados funcionalmente. As investigacións sobre os mecanismos da formación de nódulos mostraron que o xene ENOD40, que codifica unha proteína ácida de 12-13 aminoácidos, aumenta a súa expresión durante a formación dos nódulos. Conexión coa estrutura da raíz
Os nódulos da raíz aparentemente evolucionaron tres veces na familia das Fabaceae, pero son raros noutras familias. A propensión destas plantas a desenvolver nódulos radiculares parece estar relacionada coa estrutura das súas raíces. En particular, unha tendencia a desenvolver raíces laterais en resposta ao ácido abscísico puido permitir a evolución posterior dos nódulos radiculares. Noutras especies
Os nódulos radiculares que aparecen en xéneros de plantas non leguminosas como Parasponia en asociación con bacterias do xénero Rhizobium, e os que se forman por simbiose coa actinobacteria Frankia nalgúns xéneros de plantas como Alnus (ameneiros), son significativamente distintos dos que se forman pola simbiose leguminosa-rizobios. Nestas simbioses con non leguminosas as bacterias nunca se liberan por un filamento de infección. Frankia nodula aproximadamente a duascentas especies das seguintes ordes de plantas (coas familias entre paréntese): Cucurbitales (Coriariaceae e Datiscaceae), Fagales (Betulaceae, Casuarinaceae, e Myricaceae), Rosales (Rhamnaceae, Elaeagnaceae e Rosaceae). As simbioses actinorrizais producen aproximadamente a mesma cantidade de fixación de nitróxeno ca as simbioses rizobiais.
Algúns fungos producen estruturas nodulares coñecidas como ectomicorrizas tuberculadas nas raíces das súas plantsas hóspede. Suillus tomentosus, por exemplo, produce estas estruturas coa súa planta hóspede, o piñeiro (Pinus contorta var. latifolia). Estas estruturas albergan a bacterias fixadoras de nitróxeno, que contribúen ao crecemento do piñeiro cunha considerable cantidade de nitróxeno asimilable e que permiten que o piñeiro colonice lugares pobres en nutrientes.