Bælgplanter får adgang til kvælstof fra luften via symbiotiske bakterier, kaldt rhizobia, der koloniserer planterødderne i særlige rodknolde. Planterne skal derfor være i stand til nøje at genkende symbiotiske bakterier for at undgå infektion med andre skadelige mikrober. Til dette formål bruger de receptorproteiner – såkaldte LysM-receptorer – der sidder på ydersiden af planternes rodceller. I studiet, der er publiceret i det anerkendte videnskabelige tidsskrift Science, viser et internationalt forskerhold ledet af Aarhus Universitet, hvordan planter bruger receptorerne til at genkende mikrobielle signalmolekyler. På den måde kan bælgplanter kende forskel på deres venner og fjender.

Alle landplanter har LysM-receptorer, der overvåger signaler fra mikrober, men helt præcist hvordan planter afgør, om det er et symbiotisk eller et immunrespons, det skal sættes i gang imod en pågældende mikrobe, har hidtil været ukendt. ”Vi begyndte med det helt grundlæggende og naive spørgsmål: Kan vi forstå, hvordan dette system virker ved at bruge meget ens receptorer med modsatte funktioner som grundlag for en systematisk analyse?”, siger Zoltán Bozsóki. ”Det store gennembrud kom, da vi så den første atomare struktur af den symbiotiske receptor”, tilføjer Kira Gysel.

Undersøgelserne er baseret på en atomar struktur, biokemiske eksperimenter og funktionelle studier i planter. ”For virkelig at forstå disse receptorer var det afgørende, at vi arbejdede tæt sammen på alle disse fagområder”, siger Simon Boje Hansen.

Ved at bruge denne tilgang kunne forskerne identificere hidtil ukendte motiver i LysM-receptorerne, som afgør, om en mikroorganisme udløser et immunrespons eller symbiose. ”Det viste sig, at det er meget få – men vigtige – aminosyrer, der gør forskellen mellem en immun- og en symbiosereceptor. Vi har nu identificeret disse og kan vise, at det er muligt at omprogrammere receptorerne”, siger Kasper Røjkjær Andersen.

Det langsigtede mål er at overføre kvælstoffiksering fra bælgplanter til kornafgrøder for at begrænse behovet for forurenende kunstgødning og for at kunne brødføde en stigende befolkning på en bæredygtig måde. ”Vi har opnået den grundlæggende forståelse, som vil danne basis for, at vi kan nå dette ambitiøse mål”, konkluderer Simona Radutoiu.

Link til den videnskabelig artikel i Science.

Ligand-recognizing motifs in plant LysM receptors are major determinants of specificity

Zoltan Bozsoki, Kira Gysel, Simon B. Hansen, Damiano Lironi, Christina Krönauer, Feng Feng, Noor de Jong, Maria Vinther, Manoj Kamble, Mikkel B. Thygesen, Ebbe Engholm, Christian Kofoed, Sébastien Fort, John T. Sullivan, Clive W. Ronson, Knud J. Jensen, Mickaël Blaise, Giles Oldroyd, Jens Stougaard, Kasper R. Andersen, Simona Radutoiu.

Mere information

Adjunkt Kasper Røjkjær Andersen
Institut for Molekylærbiologi og Genetik
Aarhus Universitet
kra@mbg.au.dk

Lektor Simona Radutoiu
Institut for Molekylærbiologi og Genetik
Aarhus Universitet
radutoiu@mbg.au.dk