Forskere afdækker et vigtigt led i symbiosen mellem bælgplanter og bakterier
Forskere ved Aarhus Universitet har gjort en banebrydende opdagelse, der kaster lys over det komplekse samspil mellem bælgplanter og kvælstoffikserende bakterier. Deres undersøgelse beskriver den afgørende rolle, som fosforylering spiller for dannelsen af symbiotiske knolde på planterødder. Det langsigtede mål er at muliggøre symbiose i rodknolde i vigtige afgrøder som byg, majs og ris, så man undgår at bruge kunstgødning.
Bælgplanter har en unik evne til at samarbejde med kvælstoffikserende bakterier i jorden, kendt som rhizobia. Bælgplanter og rhizobia indgår i symbiotiske relationer, når de mangler kvælstof, så planten kan trives uden behov for tilførsel af kvælstof udefra. Symbiotiske knolde dannes på plantens rod, som let koloniseres af kvælstoffikserende bakterier. Celleoverflade-receptoren kaldet SYMRK er ansvarlig for at formidle det symbiotiske signal fra rhizobia-opfattelse til dannelse af knolden. Receptorens aktiveringsmekanisme var indtil for nylig ukendt.
I denne undersøgelse har forskerne nu identificeret fire vigtige fosforyleringssteder, der fungerer som katalysator for den symbiotiske relation mellem bælgplanter og kvælstoffikserende bakterier. De indledende trin i den symbiotiske vej på celleoverfladen er velbeskrevne, men ingen forskere har hidtil beskrevet, hvordan signalet videresendes nedstrøms.
Opdagelsen af disse vigtige fosforyleringssteder er et vigtigt skridt i retning af at kopiere denne evne til at danne symbiotiske relationer med kvælstoffikserende bakterier til vigtige afgrødeplanter.
"Vi vidste, at receptoren og dens aktivitet er afgørende for etableringen af symbiose, men vi vidste ikke hvordan eller hvorfor. Fosforylering er en almindelig mekanisme til regulering af kinaseaktivitet, så vi havde en teori om, at SYMRK's funktion var knyttet til specifikke fosforyleringer. " forklarer Nikolaj Abel.
Gennem samarbejde med Ole Nørregaard Jensens laboratorium på Syddansk Universitet blev flere fosforyleringssteder identificeret i forskellige regioner af SYMRK-kinasen. Forskerne var i stand til at indsnævre de essentielle steder ved at nedbryde eller efterligne fosforyleringer in vivo. Specifikt gav fire steder i den N-terminale region af SYMRK stærke fænotyper, når de var muterede.
"Vi undersøger virkningen af stedspecifikke mutationer ved at skabe receptorvarianter og genindføre dem i planter, der mangler den funktionelle SYMRK-receptor. At observere enten spontan rodknoldsdannelse uden rhizobier eller fravær af rodknoldsdannelse på trods af deres tilstedeværelse indikerer, at vi har ramt et element, der er afgørende for vejen til symbiose," uddyber Nikolaj Abel.
For at forstå, hvor de identificerede fosforyleringssteder var placeret på SYMRK-kinasen, bestemte forskerne strukturen af det intracellulære domæne af SYMRK.
"Vi havde brug for at kortlægge fosforyleringsstederne på en strukturel model af SYMRK-kinasen for virkelig at forstå, hvordan disse fosforyleringssteder muliggør downstream-signalering. Vi identificerede et strukturelt konserveret motiv i den N-terminale alfa-helikale region, som vi kaldte "alfa-I-motivet". Denne region indeholder de fire bevarede fosforyleringssteder," forklarer Malita Nørgaard.
Målet er at muliggøre symbiose i rodknolde i vigtige afgrøder
Det langsigtede mål er at muliggøre symbiose i rodknolde i vigtige afgrøder som byg, majs og ris. Disse afgrøder kræver store mængder kvælstofgødning for at vokse, hvilket resulterer i enorme CO2-aftryk og gør mindre landbrug ude af stand til at producere stabile udbytter.
Med den vellykkede identifikation af fosforyleringssteder, der er afgørende for at starte noduleringsprogrammet i bælgplanter, mener forskerne, at denne nye viden er lovende for at kunne omsætte kvælstoffikserende træk til afgrøder som byg, majs og ris, så man undgår at bruge kunstgødning.
Kontakter
Lektor Kasper Røjkjær Andersen - kra@mbg.au.dk
Institut for Molekylærbiologi og Genetik
Aarhus Universitet
Lisbeth HeilesenInstitut for Molekylærbiologi og Genetik, Aarhus Universitet
Tlf:+45 93 52 19 27lh@mbg.au.dkFølg pressemeddelelser fra Aarhus Universitet Natural Sciences
Skriv dig op her, og modtag pressemeddelelser på e-mail. Indtast din e-mail, klik på abonner, og følg instruktionerne i den udsendte e-mail.
Flere pressemeddelelser fra Aarhus Universitet Natural Sciences
Stjerneforsker glad for regeringens rumstrategi18.11.2024 14:51:04 CET | Pressemeddelelse
Dansk rumforskning og innovation har udsigt til et gevaldigt løft med den nye nationale rumstrategi, vurderer astronomi-professor Hans Kjeldsen fra Aarhus Universitet.
Forskere advarer: Det kan forværre den globale opvarmning at plante træer højt mod nord7.11.2024 17:00:00 CET | Pressemeddelelse
Træer kan opsuge store mængder CO2 fra atmosfæren, så hvis man planter flere af dem, kan man modvirke den globale opvarmning. Det virker bare ikke i de nordligste breddegrader – her vil træplantning snarere fremskynde den globale opvarmning, advarer en international forskergruppe.
AU-forsker får 4 mio. euro til jagten på livets oprindelse i verdensrummet6.11.2024 08:14:04 CET | Pressemeddelelse
Professor Liv Hornekær fra Aarhus Universitet modtager 4 mio. euro fra Det Europæiske Forskningsråd til at styrke forskningen i livets oprindelse i rummet. Bevillingen er en del af et Synergy Grant på i alt 12 mio. til tre europæiske universiteter.
Aarhus-astronom blev æresdoktor på Vilnius Universitet15.10.2024 10:44:21 CEST | Pressemeddelelse
Vilnius Universitet i Litauen har udnævnt professor Hans Kjeldsen fra Aarhus Universitet til æresdoktor. Det skete ved en højtidelig ceremoni på Vilnius Universiet torsdag den 10. oktober.
Forskning i et nyt stof kan være en vej til hjælp, der forhindrer tilbagefald i kokainmisbrug2.10.2024 15:38:12 CEST | Nyhed
Ny forskning har udviklet et stof, der kan være med til at behandle kokainafhængighed på en måde, der er mindre risikabel og mere kontrolleret end eksisterende behandlinger for opioidmisbrug.
I vores nyhedsrum kan du læse alle vores pressemeddelelser, tilgå materiale i form af billeder og dokumenter samt finde vores kontaktoplysninger.
Besøg vores nyhedsrum