Biljni protein pomaže bakterijama čvorova

Legh moglobin neophodan za simbiotsku fiksaciju dušika u mahunarkama

Korijenski noduli mahunarke © MPI za biljnu fiziologiju
čitati naglas

Bez njih, mnoge bi biljke patile od manjka dušika: bakterije nodule. Mikrobi koji žive u bliskoj simbiozi u korijenskoj mreži biljaka prvo omogućuju unos atmosferskog dušika. Ali kako? Znanstvenici su sada otkrili da određeni proteini ovdje igraju presudnu ulogu.

Znanstvenici Instituta Max Planck za molekularnu fiziologiju biljaka u Golmu kod Potsdama uspjeli su po prvi puta dokazati da biljni proteini, takozvani leghemoglobini, stvaraju fiziološke preduvjete da određene bakterije vežu molekularni dušik i čine ga upotrebljivim za biljke. Kako istraživači navode u trenutnom izdanju Current Biology, uspjeli su pomoću metode interferencije RNA u biljci Lotus uspješno suzbiti stvaranje biljnog Leghemoglobina i na taj način jasno pokazati svoju funkciju transporta kisika i puferiranja kisika.

Ništa ne djeluje bez dušika

Dušik ima izvanrednu važnost u biljnim hranjivim tvarima, budući da je bitna komponenta mnogih važnih spojeva u biljkama, kao što je boja zelenog lišća i svi proteini. Iako biljke mogu apsorbirati ugljik zraka kao ugljični dioksid (CO2) kroz lišće, uporaba atmosferskog dušika (N2) nije moguća, iako zrak sadrži 78 posto dušika. Mahunarke, poput graška, graha ili djeteline, žive s određenim bakterijama u zajednici pogodnosti (simbioza), koja omogućuje upotrebu molekularnog dušika u zraku. Pod povoljnim uvjetima, na taj se način može dobiti više od 200 kilograma biljnog raspoloživog dušika po hektaru i godini, čime se gnojivo može uštedjeti. Skoro 40 godina sumnjalo se da neki proteini, leghemoglobini, daju ovu fiziološku korist. Znanstvenici s Instituta za molekularnu fiziologiju bilja Max Planck po prvi put uspjeli su dokazati da je ta hipoteza tačna.

Budući da su djelo njemačkih kemičara Hellriegel i Wilfarth krajem 19. stoljeća, poznato je da su takozvani čvorovi, koji mogu popraviti atmosferski dušik, lokalizirani u korijenu mahunarki. Uzrok ove sposobnosti su bakterije (rizobija), koje prodiru u korijen leguminoznih biljaka, gdje uzrokuju stvaranje novih stanica, kvržica, kako bi ih kolonizirale. Stvaranje i razvoj nodula prati aktivacija, tj. Aktivacija biljnih gena specifičnih za nodule. Dok biljka isporučuje esencijalne ugljikove spojeve iz fotosinteze u bakterije, ona dobiva nakon uspostavljanja funkcionalnog Wurzelknöllchen dušikove spojeve koji se mogu izgraditi njihovom sposobnošću fiksacije N2. Proces vezivanja N2 u bakteriji katalizira enzim osjetljiv na kisik nitrogenaza.

"Hemoglobin biljke"

Fokus rada istraživača Golmera bio je Legh moglobin, protein koji nastaje iz biljnog gena specifičnog za nodul (nodulin). Legh moglobin služi u biljci, slično ljudskom hemoglobinu, transportu kisika i skladištenju kisika. Sposobnost vezanja kisika potrebnog za energetske procese od velike je važnosti za mahunarke, jer je prethodno spomenuta nitrogenaza izuzetno osjetljiva na kisik. prikaz

Metoda interfekcije RNA (RNAi), koja isključuje ne specifični gen, već njegovi funkcionalni proizvodi, poput mRNA i proteina, u potpunosti su suzbili stvaranje Legh moglobina u modelnoj biljci Lotus japanicus. Zbog nedostatka Legh moglobina biljke su pokazale značajan nedostatak dušika, iako je bila prisutna rizobija i nastao je Wurzelkn llchen. Prilikom gnojidbe dušikom razvijale su se eksperimentalne biljke, kao i nekontrolirane kontrolne biljke. Očito je da transgene biljke više nisu bile u stanju da vežu atmosferski dušik uz pomoć bakterija.

U daljnjim istraživanjima biljni fiziolozi uspjeli su pokazati da je s jedne strane porast sadržaja kisika u stanicama, a s druge strane enzim nitrogenaza se više nije mogao otkriti. Zbog nedostatka Legh moglobina, kisik u stanicama više nije mogao biti puferiran, što je rezultiralo gašenjem bakterijskog gena odgovornog za sintezu nitricaze. Zbog nedostatka nitrogenaze dušik u zraku se više ne može popraviti i nastaje nedostatak dušika.

"Svojim radom nedvosmisleno smo pokazali da je Legh moglobin neophodan za fiksiranje bakterijskog dušika zbog puferiranja kisikom i sposobnosti transporta kisika", objašnjava Thomas Ott. S druge strane, to nije bio bitan preduvjet za rast i razvoj biljaka, jer se simptomi nedostatka dušika zbog nedostatka fiksacije dušika mogu nadoknaditi gnojidbom u pokusu.

(MPG, 30.03.2005. - NPO)