Estudio de las riboflavinas y sus derivados en la planta de pepino ante la deficiencia de hierro, y su papel en el mecanismo de acción de un complejo de hierro heteromolecular como fertilizante férrico sostenible

Abstract

La carencia de hierro, frecuente en suelos alcalinos, provoca clorosis férrica y afecta de manera significativa al rendimiento de los cultivos. Por tanto, se hace necesaria la fertilización con hierro, siendo los quelatos sintéticos los más efectivos. Sin embargo, su elevado costo y su limitada capacidad de degradación en el suelo hacen necesarias alternativas más sostenibles. Con este fin, se ha desarrollado un complejo heteromolecular basado en citrato de hierro (Cit) y lignosulfonato (Ls), que se ha mostrado eficaz en suelos calcáreos. El objetivo de este trabajo consiste en profundizar en el mecanismo de acción de estos complejos, especialmente en condiciones calcáreas. El estudio se centra en la secreción de riboflavinas, cuya ausencia en medio alcalino necesita ser estudiada con más detalle. Para ello, se emplea la técnica UHPLC/HRMS para determinar la cantidad de riboflavina (Rb) y 4-cetoriboflavina (4KRb) y sus derivados resultantes de la hidrólisis alcalina -lumicromo (Lc), lumiflavina (Lf), formilmetilflavina (FMF) y carboximetilflavina (CMF)- presentes en la solución nutritiva (SN) de plantas de pepino con deficiencia de hierro en presencia de bicarbonato. En estas condiciones, se observa una baja concentración de Rb y 4KRb, junto con un aumento en la concentración de Lf, CMF y, en particular, Lc. A pesar de la escasa presencia de Rb en la SN, se observa una activación de los genes relacionados con su síntesis y una acumulación de estas en el interior de las raíces. Estos datos sugieren una regulación postranscripcional de la síntesis de Rb, así como su hidrólisis a pH básico. Para determinar si los productos de hidrólisis de la Rb tienen algún papel en la nutrición férrica de la planta, se llevaron a cabo ensayos in vitro que mostraron que solo la Lf es capaz de movilizar hierro a partir de un compuesto insoluble (ferrihidrita), pero en concentraciones mucho mayores a las encontradas en la SN de plantas crecidas en deficiencia de hierro. Por otra parte, se observó que la aplicación foliar de hierro provoca una inhibición sistémica de la respuesta radicular de absorción de hierro, incluyendo la secreción de Rb. Por último, el estudio del complejo heteromolecular Ls-Cit, basado en lignosulfonato y citrato de hierro, demuestra cómo dicho complejo tiene la capacidad de suministrar hierro a la planta activando los mecanismos de toma de hierro a nivel transcripcional pero no post-transcripcional, con la secreción de flavinas como único mecanismo activado, lo que destaca el papel de estas en la absorción de hierro de los complejos. Finalmente, en la modelización molecular se aprecia la formación de un sistema supramolecular en solución donde el hierro queda insertado en un núcleo hidrofóbico mientras que los grupos sulfónicos y carboxílicos protegen al hierro de su interacción con Ca2+ siendo estos complejos estables en un entorno básico. Además, esta configuración explica la menor toma de hierro de estos complejos y la necesidad de la secreción de exudados para movilizarlo.