Las plantas son organismos sésiles que tienen que soportar y adaptarse a las condiciones cambiantes del medio ambiente. El fósforo (P) es uno de los macronutrimentos que en condiciones limitantes, detiene el desarrollo y abate la productividad de las plantas. Muchos suelos agrícolas a nivel mundial, tienen concentraciones muy bajas de fosfato (Pi), que es la forma asimilable de P. Esta situación se presenta debido a que la naturaleza química tan reactiva del Pi lo lleva a formar complejos tanto orgánicos como inorgánicos haciéndolo poco disponible para las plantas. Los suelos por tanto, tienen una fracción elevada de P, pero concentraciones muy bajas (< 10 uM) de Pi. 

Desde hace varios años, se ha puesto particular interés en el estudio de adaptaciones morfológicas y bioquímicas que le permitan a las plantas solubilizar el P presente en el suelo, incrementar la cantidad de Pi asimilable y además optimizar el Pi asimilado. Nuestro grupo ha trabajado con diferentes variedades de frijol y hemos encontrado que algunas de ellas pueden crecer bien bajo condiciones de falta de Pi, lo que implica una distribución óptima del Pi intracelular. Estas variedades tienen modificaciones bioquímicas importantes como la expresión de fosfatasas que se inducen por deficiencia de Pi. En el caso de otro sistema vegetal como Arabidopsis thaliana existen fosfatasas que se excretan a la rizósfera y esto les permite mineralizar algunos de los compuestos orgánicos fosfatados ahí presentes. Tanto las fosfatasas intracelulares como las extracelulares se inducen por deficiencia de Pi y tienen un papel importante en la distribución del P.

El  mecanismo de transducción de señales involucrado en la promoción de estos cambios no es conocido. Nosotros hemos identificado algunos genes que codifican para proteínas que pudieran funcionar en la señalización y nos hemos avocado a su estudio. Una de ellas es un regulador de respuesta tipo A (PvRR1) que forma parte del sistema de dos componentes. En raíces de frijol, el mensaje y la proteína se estimulan por deficiencia de Pi. Existe un efecto negativo en la expresión de PvRR1, promovido por citocininas y la interacción entre hormona-deficiencia de Pi, es una línea de estudio.

Adicionalmente, se han identificado cinasas que son estimuladas e inhibidas durante la deficiencia de fosfato en Arabidopsis thaliana. Estas cinasas pertenecen a la familia de cinasas AMPK/SNF1/SnRK1 presentes en animales, levaduras y plantas respectivamente. Existe mucha evidencia que permite asociar la función de estas cinasas con el estado energético celular; pueden regular el metabolismo inhibiendo procesos biosintéticos y activando procesos degradativos en función de la cantidad de ATP. Nosotros estamos estudiando el papel que tienen estas cinasas en la regulación del metabolismo, en un estrés energético como es la deficiencia de Pi.

Biochemical characterization and expression of RLK4 a receptor-like kinase from Arabidopsis thaliana. Coello P, Sasseen A., Haywood V., Davis KR and Walker JC (1999). Plant Sci.142:83-91.

Generation of low phytic acid Arabidopsis seeds expressing an E. coli phytase during embryo development. Coello P., Maughan J., Mendoza A., Philip R., Bollinger DW., Veum T., Vodkin L and Polacco J (2001). Seed Sci. Res. 11:285-291.

Respuesta a la deficiencia en fosfato de dos genotipos de frijol (Phaseolus vulgaris L.) contrastantes en su capacidad de crecer en suelos con bajo contenido de fósforo. Parra C., Martínez-Barajas E., Acosta J y Coello P (2004). Agrociencia 38(2)131-139.

Soybean  (Glycine max) response to phosphate deficiency. Fragoso Selene, Martínez-Barajas E, Vázquez- Santana S, Acosta J y Coello P. Agrociencia 39:303-310 (2005).

Efecto de la deficiencia de fósforo sobre el metabolismo de carbono en plántulas de frijol. Lilia Bernal, Patricia Coello, Jorge Acosta y Eleazar Martínez-Barajas (2007). Agrociencia 41:417-423.

SnRK1 isoforms, AKIN10 and AKIN11, are differentially regulated in Arabidopsis plants under phosphate starvation. Fragoso Selene, Espíndola Laura, Páez-Valencia J, Gamboa A, Camacho Y, Martínez-Barajas E, Coello P (2009) Plant Physiol (en prensa).

ARR6, a response regulator from Arabidopsis thaliana is regulated by plant nutritional status. Coello P and Polacco J (1999). Plant Sci.143:211-220.

Purification and characterization of secreted acid phosphatase in phosphorus-deficient Arabidopsis thaliana. Coello P (2002). Physiol. Plantarum 116:293-298.

Possible role of R1 protein on starch accumulation in bean seedling (Phaseolus vulgaris L.) under phosphate deficiency. Bernal L, Coello P y Martínez-Barajas E (2005) J Plant Physiol. 162, 970-976.

Characterization of two soluble inorganic pyrophosphatases from Arabidopsis thaliana. Ernesto Navarro-De la Sancha, Martha Patricia Coello-Coutiño, Lilian G. Valencia-Turcotte, Eric E. Hernández-Domínguez and Rogelio Rodríguez-Sotres (2007). Plant Science 172:796-807.

Quantitative conversion of phytate to inorganic phosphorus in soybean seeds expressing a bacterial phytase.Kristin D. Bilyeu , Peiyu Zeng , Patricia Coello , Zhanyuan J. Zhang , Hari B. Krishnan , April Bailey , Paul R. Beuselinck , and Joe C. Polacco (2008). Plant Physiol.146:468-477.

Selene Fragoso Iñiguez.
Estudiante de Doctorado.

Natalia Gutiérrez Granados.
Estudiante de Licenciatura.

Laura Espíndola Serna.
Estudiante de Maestría.

Samantha Gaytán Mondragón.
Estudiante de Licenciatura.