Undersøgelse afgør 125-årig debat om, hvordan nitrogenfikserende bakterier bryder cellevæggene i bælgplanter

En århundrede gammel debat om, hvordan nitrogenfikserende bakterier bryder cellevæggene i bælgfrugter, er blevet afgjort af et forskerhold ledet af Department of Energy's Joint BioEnergy Institute (JBEI). Holdets resultater, offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences, giver ny indsigt i de molekylære mekanismer, der ligger til grund for det symbiotiske forhold mellem bælgplanter og rhizobia, og kan føre til udvikling af mere effektive nitrogenfikserende afgrøder.

Nitrogenfiksering er den proces, hvorved atmosfærisk nitrogen omdannes til ammoniak, som derefter kan bruges af planter til at producere proteiner og andre nitrogenholdige forbindelser. Denne proces er essentiel for plantevækst, men den er også meget energikrævende. Bælgplanter har udviklet et symbiotisk forhold med rhizobia, som er bakterier, der lever i knuder på rødderne af bælgplanter og omdanner atmosfærisk nitrogen til ammoniak.

Debatten om, hvordan rhizobia bryder cellevæggene i bælgfrugter, har stået på i over 125 år. Nogle forskere mener, at rhizobia bruger en proces kaldet "cellevægsnedbrydning", hvor de udskiller enzymer, der nedbryder plantens cellevægge. Andre mener, at rhizobia bruger en proces kaldet "invasion", hvor de fysisk trænger ind i plantens cellevægge.

I deres undersøgelse brugte JBEI-teamet en kombination af mikroskopi og molekylærbiologiske teknikker til at vise, at rhizobia bruger både cellevægsnedbrydning og invasion til at bryde cellevæggene i bælgplanter. Holdet fandt ud af, at rhizobia først udskiller enzymer, der nedbryder plantens cellevægge, og derefter bruger de disse enzymer til at skabe kanaler, hvorigennem de fysisk kan trænge ind i cellevæggene.

Denne opdagelse har vigtige konsekvenser for udviklingen af ​​mere effektive nitrogenfikserende afgrøder. Ved at forstå, hvordan rhizobia bryder cellevæggene i bælgfrugter, kan forskere designe afgrøder, der er mere modstandsdygtige over for rhizobia-infektion, hvilket kan føre til øget nitrogenfiksering og forbedret afgrødeudbytte.

"Denne undersøgelse giver en ny forståelse af de molekylære mekanismer, der ligger til grund for det symbiotiske forhold mellem bælgfrugter og rhizobia," sagde JBEI-direktør Jay Keasling. "Denne viden kan føre til udviklingen af ​​mere effektive nitrogenfikserende afgrøder, som kan have stor indflydelse på den globale fødevaresikkerhed."