Forskere har identificeret en ny, vigtig komponent for symbiose i planter
Gennem mange år har forskere studeret, hvordan bælgplanter kan indgå i symbiose med kvælstoffikserende bakterier, så de kan vokse i kvælstoffattig jord uden tilførsel af kunstgødning. Nu har et forskerhold fundet et protein, der interagerer med receptorer i bælgplanter. Dermed er endnu et skridt taget til at finde ud af, hvorledes denne evne til symbiose hos bælgplanter kan overføres til andre afgrøder.
Bælgplanter er af stor betydning for landbruget på grund af deres evne til at etablere symbiose med kvælstoffikserende jordbakterier kendt som rhizobia. En dybere forståelse af biologisk kvælstoffiksering og efterfølgende overførsel af denne viden til afgrødeplanter ville gøre det muligt at undgå brug af kunstgødning og muliggøre dyrkning af bæredygtige afgrøder.
For at forsøge at nå dette mål har forskerne ved Plantemolekylærbiologi-gruppen ved Aarhus Universitet under ledelse af professor Jens Stougaard dedikeret deres forskning til at studere symbiose mellem bælgplanter og kvælstoffikserende bakterier. I 2003 identificerede gruppen de membran-lokaliserede receptorer (NFR1 og NFR5), der var ansvarlige for genkendelsen af de Nod-faktorer, der syntetiseres af kompatible symbionte. Nod-faktorer er symbiotiske signalmolekyler, der varierer i struktur afhængig af rhizobium-arten. Ved hjælp af en stringent låse- (receptorer) og nøglemekanisme (Nod-faktor) er det kun kompatible rhizobia, der får adgang til planten.
Et gennembrud efter 15 års forskning
I over 15 år har komponenter, der er involveret i direkte signalforstærkning nedstrøms for Nod-faktorreceptorer, været lidt af en gåde. Denne manglende viden har begrænset forståelsen af, hvordan signalering gennem disse receptorer i sidste ende fører til ændringer i strukturen af rodnettet og dannelse af nye rodknolde, der huser jordbakterierne. Et gennembrud for forskerholdet blev endelig opnået ved i samarbejde med Cyril Zipfels forskergruppe (The Sainsbury Laboratory, UK) at anvende massespektrometri på proteiner, der binder til receptorerne.
Resultaterne, der er offentliggjort i det internationale tidsskrift PNAS, beskriver, at en cytoplasmatisk kinase er essentiel for transduktion af signaler nedstrøms for receptorerne. Forskerne navngav denne cytoplasmatiske kinase NFR5-interagerende cytoplasmatiske kinase 4 (NiCK4). De antager, at ved Nod-faktor-perception sker en phosphoryleringskaskade, der involverer NiCK4, NFR1 og NFR5, der resulterer i NiCK4-lokalisering til kernen, hvor flere kritiske bælgplante-symbiosekomponenter er til stede.
Nod-faktorens og receptorens udløsning af bevægelse af NiCK4 fra plasmamembranen til kernen er et meget vigtigt resultat, da calciumsvingninger i kernen er typiske for symbiosesignalering i bælgplanter. Efter denne opdagelse håber forskerholdet at samle og forbinde flere symbiose-signalkomponenter. En dybdegående forståelse af alle komponenter, der er involveret i symbiose-signalvejen, er afgørende for en vellykket overførsel af kvælstoffikserende jordbakterier til ikke-bælgplanteafgrøder.
Videnskabelige artikel i PNAS: A Lotus japonicus cytoplasmic kinase connects Nod factor perception by the NFR5 LysM receptor to nodulation
Jaslyn E. M. M. Wong, Marcin Nadzieja, Lene H. Madsen, Christoph A. Bücherl, Svend Dam, Niels N. Sandal, Daniel Coutob, Paul Derbyshire, Mette Uldum-Berentsen, Sina Schroeder, Veit Schwämmle, Fábio C. S. Nogueira, Mette H. Asmussen, Søren Thirup, Simona Radutoiu, Mickaël Blaise, Kasper R. Andersen, Frank L. H. Menke, Cyril Zipfel and Jens Stougaard.
Mere information
Institut for Molekylærbiologi og Genetik
Aarhus Universitet
stougaard@mbg.au.dk – 6020 2649