Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl
Forskning

Forskere opdager hvordan plantereceptorer verificerer de korrekte symbiotiske bakterier

Et internationalt team ledet af forskere fra Aarhus Universitet har opdaget, hvordan plantereceptorer kan genkende specifikke kulhydrat-signaleringsmolekyler fra deres symbiotiske bakterier (kaldet symbionter). Denne evne gør det muligt for planten at vælge, hvilke kvælstoffikserende bakterier der får adgang til planternes rødder, hvor de omdanner kvælstof fra atmosfæren til plantetilgængeligt nitrogen. Disse nye resultater gør det muligt at omprogrammere receptorerne, hvilket er en vigtig brik i udviklingen af fremtidens kornafgrøder, som selv kan optage atmosfærisk kvælstof og hermed bidrage til et mere bæredygtigt landbrug.

Forskerne fra Institut for Molekylærbiologi og Genetik, der har deltaget i forskningsprojektet. Forreste række fra venstre: Nikolaj Abel, Marie Kolte, Jens Stougaard, Kasper Røjkjær Andersen, Kira Gysel, Simona Radutoiu, Simon Boje Hansen, Maria Vinther. Bagerste række fra venstre: Damiano Lironi, Henriette Rübsam, Eva Madland, Camilla Gottlieb Andersen, Peter Bjørk og Husam Alsarraf. Foto: Lisbeth Heilesen.
Illustrationen viser membranbundne plantereceptorer (vist med hvidt), som etablerer kommunikationen med symbiotiske bakterier ved at genkende kulhydrat-signaleringsmolekyler. Figur: Daniel Sina Rouhani, University of Georgia, USA.

Bælgplanter kan danne symbiose med jordbakterier (Rhizobia), som kan optage atmosfærisk kvælstof og forsyne planten med nitrogen. Plantens genkendelse af de symbiotiske bakterier og deres adgang til planternes rødder er en nøje kontrolleret proces, hvor planten bruger såkaldte LysM-receptorer til at overvåge symbiotiske bakterielle kulhydrat-signalmolekyler for at kunne skelne symbionter fra skadelige mikrober. I studiet, der er offentliggjort i det internationale tidsskrift PNAS, viser forskerne, hvordan planternes LysM receptorer genkender symbiotiske signalmolekyler ved at bruge et genkendelsesmekanisme baseret på en såkaldt bindingskinetik.

- "Vi opdagede, at planternes LysM-receptorer kun bliver aktiveret, når de binder den korrekte Nod-faktor med den rigtige kinetik", siger Kira Gysel, der er førsteforfatter på artiklen. "På denne måde kan plantereceptorerne verificere de bakterielle signaler, og kun når de rigtige Nod-faktorer binder, starter det cellulære program for bakteriernes adgang til planten", slutter Kira.

Forskerholdet fra Aarhus Universitet er en del af det internationale ENSA (Engineering Nitrogen Symbiosis for Africa) konsortium, der forsøger at introducere symbiotisk kvælstoffiksering – der hidtil kun findes i bælgplanter – til andre kornafgrøder for at skabe et mere bæredygtigt landbrug.

- "Udfra dette studie ved vi nu, hvordan vi kan redesigne LysM receptorer, der kan kontrollere symbiosen. Den næste store udfordring for os er, om vi kan bruge denne viden til at ændre kornafgrødernes LysM receptorer, så de kan genkende symbiotiske bakterier. Dette er et vigtigt trin, når vi vil overføre symbiotisk kvælstoffiksering til andre plantearter", siger Kasper Andersen.


Link til den videnskabelige artikel i PNAS:

Kinetic proofreading of lipochitooligosaccharides determines signal activation of symbiotic plant receptors

Kira Gysel, Mette Laursen, Mikkel B. Thygesen, Damiano Lironi, Zoltán Bozsóki, Christian T. Hjuler, Nicolai N. Maolanon, Jeryl Cheng, Peter K. Bjørk, Maria Vinther, Lene H. Madsen, Henriette Rübsam, Artur Muszynski, Arshia Ghodrati, Parastoo Azadi, John T. Sullivan, Clive W. Ronson, Knud J. Jensen, Mickaël Blaise, Simona Radutoiu, Jens Stougaard and Kasper R. Andersen

Kontakt:

Kira Gysel
Institut for Molekylærbiologi og Genetik
Aarhus Universitet
kira@mbg.au.dk

Kasper Røjkjær Andersen
Institut for Molekylærbiologi og Genetik
Aarhus Universitet
kra@mbg.au.dk - mobilnummer 20955917


Supplerende oplysninger

Vi bestræber os på, at alle vores artikler lever op til Danske Universitetersprincipper for god forskningskommunikation. På den baggrund er artiklen suppleret med følgende oplysninger:

Studietype: Eksperiment

Samarbejdspartnere: Department of Chemistry, University of Copenhagen, 1871 Frederiksberg, Denmark.; Complex Carbohydrate Research Center, University of Georgia, Athens, Georgia 30602, USA; Department of Microbiology and Immunology, University of Otago, Dunedin 9054, New Zealand; Institut de Recherche en Infectiologie de Montpellier, UMR 9004-CNRS, University of Montpellier, Montpellier, France.

Finansiering: This work was supported by funding from the Danish Council for Independent Research (grant agreement no. DFF-4002-00052), the Carlsberg Foundation (CF17-0180) and an AIAS fellowship to B.P.P. Novo Nordisk Foundation (NNF18OC0052988), the Villum Foundation (project number 34326) and the Independent Research Fund Denmark, Natural Sciences (7014-00192B) supported J.C.F.-C. Computations were performed at the Grendel-S cluster of the Centre for Scientific Computing Aarhus (CSC-AA) and made possible by a grant from the Novo Nordisk Foundation (NNF18OC0032608).

Interessekonflikter: K.G., Z.B., L.H.M., S.R., J.S. og K.R.A., er opfindere på patentansøgning 62/718.186 indgivet af Aarhus Universitet, der dækker LysM-receptorer: Genetisk ændrede LysM-receptorer med ændret agonistspecificitet og affinitet.

D.L., M.L., S.R., J.S. og K.R.A. er opfindere på patentansøgning 63/027.151 indsendt af Aarhus Universitet,
der dækker LysM-receptormotiver.