Ny receptor involveret i symbiose mellem bælgplanter og kvælstoffikserende jordbakterier

Mikrober - hvad enten de er gavnlige eller skadelige - spiller en vigtig rolle i alle organismer, herunder planter. Evnen til at overvåge de omgivende mikrober er derfor afgørende for overlevelsen af en art. For eksempel er rødderne på en jordplante omgivet af et miljø rigt på mikrober, og den har derfor udviklet sofistikerede overvågningsmekanismer.

I modsætning til de fleste andre planter er bælgplanter, såsom bønner, ærter eller linser, i stand til at vokse i kvælstoffattige jordarter ved hjælp af mikrober. I en proces kaldet rodknoldesymbiose, danner bælgfrugter et nyt organ kaldet knolden, hvor specifikke jordbakterier, kaldet rhizobia, holder til. Inde i knolden omdanner rhizobia atmosfærisk kvælstof til ammonium, der leveres til planten, der øger væksten. Bælgplanten leverer til gengæld kulstof til bakterierne, der muliggør deres meget energikrævende fiksering af kvælstof.

Samspillet mellem bælgplanteplanter og rhizobium bakterier er meget selektivt. Tidligere undersøgelser har vist, at planterne er i stand til at identificere specifikke signalmolekyler frembragt af de symbiotiske rhizobium bakterier. Især er et genkendelsessystem, kaldet Nodfaktor-signalering, afgørende for, om der skabes et værtsforhold eller ej mellem bælgplanten og rhizobium.

For at påbegynde symbiosen bruger bælgplanten specifikke receptorproteiner, som kan genkende Nodfaktormolekylerne produceret af bakterierne. To af Nodfaktorreceptorer, NFR1 og NFR5, er velkendte. De tilhører en stor familie af såkaldte LysM receptor kinase proteiner, hvilket tyder på, at andre lignende receptorer ligeledes kan være involveret i Nodfaktor signalering.

Et internationalt hold forskere fra Danmark, Italien, Frankrig og Japan har nu identificeret funktionen for en anden LysM receptor kinase, kaldet NRFe, ved at studere en modelbælgplante kaldet Lotus japonicus. Resultaterne viste, at NFRe og NFR1 har samme særlige biokemiske og molekylære egenskaber. NRFe udtrykkes primært i cellerne i et bestemt område på overfladen af rødderne. Sammenlignet med NFR1 har NFRe en begrænset signalkapacitet begrænset til det ydre rodcellelag. Når NRFe blev muteret, blev mindre Nodfaktorsignalering aktiveret inde i roden og færre rodknolde blev dannet.

Receptorer af typen NFR1 er også fundet i andre slags planter end bælgplanter, der ikke danner et symbiotisk forhold med rhizobium bakterier. Identifikation af receptorer, der er vigtige for Nodfaktorsignalering, kunne danne grundlag for nye bioteknologiske mål i ikke-symbiotiske afgrøder for at forbedre deres vækst under næringsfattige forhold.

Resultaterne er netop offentliggjort I det international tidsskrift eLife.