Ny metode til at aktivere receptorkomplekser åbner nye perspektiver i den grønne omstilling
Forskere fra Aarhus Universitet har nu defineret det receptorkompleks, der er afgørende for, at der igangsættes en symbiose mellem bakterier og bælgplanter. Opdagelserne er offentliggjort i Science, og her beskriver forskerne en ny teknik, der bruger nanobodies fra lamaer til at undersøge receptorkomplekser i planter. Til forskernes overraskelse kunne teknikken også identificere bygreceptorer med en lignende funktion, hvilket åbner et helt nyt perspektiv. Resultaterne gør det måske muligt at opbygge symbiosen i vigtige kornafgrøder og derved understøtte den grønne omstilling og sikre en mere bæredygtig fødevareproduktion i fremtiden.
Bælgplanter er ikke afhængige af at få tilført kvælstof, da de kan danne en symbiose med bakterier, kaldet rhizobium. Planterne genkender de kvælstoffikserende bakterier og giver dem mulighed for at kolonisere deres rødder, hvilket fører til dannelse af rodknolde. Her omdanner rhizobium-bakterierne kvælstof fra luften til ammoniak, som planterne bruger til at vokse. Fordelen ved dette er, at bælgplanter kan leve på steder, hvor der ikke er adgang til kvælstof. Der er stor interesse i at bruge viden og overføre den til landbrugsplanter, og forskerne fra Aarhus Universitet er nu kommet et skridt videre mod dette mål.
Det har været kendt i mange år, at det er to såkaldte Nod-faktor-receptorer, NFR1 og NFR5, som er ansvarlige for at genkende de signalmolekyler, der udskilles af rhizobium. Men hvordan receptorerne arbejder sammen i signalkomplekser har hidtil været ukendt.
”Det er svært at identificere aktive signalkomplekser i levende celler, så vi var nødt til at udvikle en ny metode. Vi havde arbejdet med nanobodies, som er små enkelt-domæne antistoffer afledt af lamaer, i mange år. Så vi spekulerede på, om vi kunne bruge nanobodies til at studere receptorsignalering,” forklarer Kasper Røjkjær Andersen.
Forskerne fra sektionen for Plantemolekylærbiologi udviklede en metode, hvor de koblede et grønt fluorescerende protein (GFP) til en af receptorerne og et nanobody, der binder til GFP til den anden receptor. På denne måde blev de to receptorer bragt tæt på hinanden i plantecellerne.
Målet er at forbedre produktionen af planter, som kan understøtte den grønne opstilling
I fremtiden sigter forskerne mod at udvikle symbiose i rodknolde i korn for at mindske brugen af kunstgødning, som har et enormt CO2-aftryk, og for at gøre det muligt at brødføde den stigende befolkning.
"Vi fik den vilde ide, at der måske allerede fandtes bygreceptorer, der kunne være i stand til at starte dannelse af rodknolde i bælgplanter," forklarer Simona Radutoiu. Christina Krönauer uddyber: ”Vi undersøgte bygreceptorernes signalkapacitet ved at trække dem sammen ved hjælp af nanobodies, og vi opdagede til vores overraslese at ved at sætte de to receptorer RLK4 og RLK10 i nærheden af hinanden, blev der dannet rodknolde i bælgplanter. Helt uventet og meget lovende, for det kan være et stort skridt på vejen til at få korn til at indgå i symbiose med kvælstoffikserende bakterier."
Forskerne ser nu frem til at anvende den nyudviklede teknik på andre vigtige receptorsystemer og er meget spændte på at udforske mulighederne og perspektiverne indenfor udvikling af nitrogenfikserende korn til en grøn fødevareproduktion.
Link til artiklen i Science.
SUPPLERENDE OPLYSNINGER, HERUNDER KONTAKTOPLYSNINGER
Vi bestræber os på, at alle vores artikler lever op til Danske Universiteters principper for god forskningskommunikation. På den baggrund er artiklen suppleret med følgende oplysninger:
PUNKTER | INDHOLD OG FORMÅL |
Studietype | Eksperiment |
Ekstern finansiering | Dette arbejde er blevet støttet af the Bill and Melinda Gates Foundation and the UK government’s Department for International Development (DFID) through the Engineering Nitrogen Symbiosis for Africa project (ENSA; OPP11772165), the Danish Council for Independent Research (9040-00175B), the Molecular Mechanisms and Dynamics of Plant-microbe interactions at the Root-Soil Interface project (InRoot), supported by the Novo Nordisk Foundation grant NNF19SA0059362, and the EuropeanResearch Council (ERC) under the European Union’s Horizon 2020 research and innovation program (834221). |
Interessekonflikt | Henriette Rübsam, Christina Krönauer, Jens Stougaard, Simona Radutoiu og Kasper R. Andersen er opfindere på et indleveret patent med disse resultater. |
Link til den videnskabelige artikel | Henriette Rübsam, Christina Krönauer, Nikolaj B. Abel, Hongtao Ji, Damiano Lironi, Simon B. Hansen, Marcin Nadzieja, Marie V. Kolte, Dörte Abel, Noor de Jong, Lene H. Madsen, Huijun Liu, Jens Stougaard, Simona Radutoiu, Kasper R. Andersen Nanobody-driven signaling reveals the core receptor complex in root nodule symbiosis Science |
Kontakt- information | Associate Professor Kasper Røjkjær Andersen Associate Professor Simona Radutoiu Department of Molecular Biology and Genetics |