DOI: 10.1051/agro:2001151

Agronomie 21 (2001) 607-613

Insights into the regulation of nitrogen fixation in pea nodules: lessons from drought, abscisic acid and increased photoassimilate availability

Esther M. González, Loli Gálvez, Mercedes Royuela, Pedro M. Aparicio-Tejo and Cesar Arrese-Igor

Department of Environmental Sciences, Universidad Pública de Navarra, Campus de Arrosadia, 31006 Pamplona, Spain

(Received 16 November 2000; revised 3 August 2001; accepted 22 August 2001)

Abstract
Nitrogen fixation in legume nodules has been shown to be very sensitive to drought and other environmental constraints. It has been widely assumed that this decline in nitrogen fixation was a consequence of an increase in the so-called oxygen diffusion barrier and a subsequent impairment to bacteroid respiration. However, it has been recently shown that nitrogen fixation is highly correlated with nodule sucrose synthase (SS) activity under drought and other environmental stresses. Whether this correlation reflects a causative relationship or not has not been proven yet. The evidence presented here suggests that SS controls nitrogen fixation under mild drought conditions. However, nitrogen fixation cannot be enhanced only by increasing glycolytic flux, as under these conditions nodules become oxygen limited. Abscisic acid also induces a decline in nitrogen fixation that is independent of SS. The overall results suggest the occurrence of a complex regulation of nodule nitrogen fixation involving, at least, both carbohydrate and oxygen fluxes within the nodule.

Résumé
Vers la connaissance de la régulation de la fixation d'azote par les nodosités des légumineuses : enseignements tirés de la sécheresse, de l'acide abscissique et de l'accroissement de la disponibilité des photo-assimilats. La fixation d'azote par les nodosités des légumineuses est très sensible à la sécheresse ainsi qu'aux autres contraintes environnementales. Il était généralement supposé que la diminution de la fixation d'azote était due à un renforcement de la barrière à la diffusion de l'oxygène dans les nodosités qui entraîne une diminution de la respiration des bactéroïdes. Cependant, il a été montré récemment que la fixation de l'azote est fortement corrélée à l'activité de la saccharose synthase (SS) des nodosités de plants soumis à la sécheresse ou à d'autres contraintes environnementales. Que cette corrélation corresponde à une relation causale ou non, n'a pas encore été prouvé. Les résultats présentés ici suggèrent que la SS peut contrôler la fixation d'azote dans des conditions de sécheresse peu sévères. Cependant, la fixation de l'azote ne peut pas être accrue seulement par l'augmentation du flux de glucides vers les nodosités, car dans ces conditions l'oxygène devient un facteur limitant. Par ailleurs, l'acide abscissique induit également une limitation de la fixation d'azote indépendante de la SS. L'ensemble des résultats expérimentaux suggère ainsi l'existence d'un système complexe de régulation de la fixation d'azote qui dépend à la fois des flux de glucides et d'oxygène dans les nodosités.

Key words: glycolytic flux / nitrogen / nodules / metabolism regulation

Mots clés : glucide / azote / nodosité / régulation du métabolisme

Correspondence and reprints: Cesar Arrese-Igor
    e-mail: cesarai@unavarra.es

Communicated by Jean-Jacques Drevon (Montpellier, France)

© INRA, EDP Sciences 2001