Ученые годами задавались вопросом, как бобовые, такие как соевые бобы, в корнях которых находятся азотфиксирующие бактерии, производящие необходимые питательные вещества для растений из воздуха, могут распознать эти бактерии как дружественные и отличные от их собственных клеток, и как специализированное растение-хозяин белки находят бактерии и используют неожиданные пищевые добавки.
Группа молекулярных биологов из Массачусетского университета в Амхерсте, работающая с клевером и люцерной Medicago truncatula, обнаружила, как ген в растении-хозяине кодирует белок, который распознает клеточную мембрану, окружающую симбиотические бактерии , а затем направляет другие белки для сбора питательных веществ. .
Растения часто привлекают микробов, чтобы помочь им удовлетворить свои потребности в питании, предлагая в качестве награды продукты фотосинтеза. Процесс, используемый большинством наземных растений, зависит от симбиотических отношений с микоризными грибами. Они образуют структуры, известные как микориза(грибокорень), которые помогают растениям улавливать фосфор, серу, азот и другие микроэлементы из почвы.
Напротив, менее распространенный процесс, встречающийся в основном в бобовых, идет еще на один гигантский шаг вперед: он использует бактерии, называемые ризобиями, которые живут в корневых клубеньках и фиксируют азот из воздуха и превращают его в аммиак, удобрение для растений. Симбиоз с ризобиями означает, что бобовые могут производить аммиак, фиксируя азот в воздухе, который при 78 процентах атмосферы «практически безграничен», добавляет биохимик.
Благодаря этому бобовые растения могут получать столько азотных удобрений, сколько им нужно, вместо того, чтобы полагаться на часто дефицитный азот в почве. Вот почему бобы такие питательные. «В следующий раз, когда вы съедите вкусный тофу или эдамаме, у вас будут эти маленькие бактерии и их« брак »с бобовыми, за которые нужно благодарить».
и наша мечта - сделать возможным, чтобы наши культуры, которые не могут усваивать азот, получили эту способность. Это открытие приближает нас на один шаг вперед. Бобы - особенные, но наш результат говорит о том, что они не такие уж особенные, потому что некоторая базовая инфраструктура уже существует в растениях, которые используют микоризные грибы вместо азотфиксирующих бактерий.
Исследователи обнаружили, что в обоих процессах бактерии и грибы обмениваются питательными веществами с растением через клеточную мембрану, распознаваемую специально закодированным белком, созданным от растения-хозяина, определяющего его границы. как создать своего рода зону свободной торговли.
Чтобы изучить, как работает эта торговля, команда при поддержке гранта UMass Amherst исследовала активность гена SYNTAXIN 132, который кодирует рецепторы (SYP132), которые идентифицируют клеточные мембраны и взаимодействуют с секреторными пузырьками. Они обнаружили, что ген обычно создает один вид транскрипта, который всегда ищет поверхностную мембрану растительной клетки. Но если в организме хозяина присутствуют ризобии, этот же ген будет производить второй тип белка, который сможет найти мембрану, окружающую бактерии. Удивительно, но симбиоз с арбускулярными микоризными грибами имеет один и тот же рецептор SYP132. Ученые теперь понимают, что мембрана хозяина - как в бобовых, так и за ее пределами - вокруг грибковой арбускулы имеет много общего с мембраной вокруг азотфиксирующих бактерий.
Ген каким-то образом знает, что бактерии присутствуют, и производит альтернативный тип белка, который находит мембрану вокруг бактерий. Это означает, что хозяин может отличить две мембраны друг от друга, может отсортировать их.
Наше открытие состоит в том, что два белка SYP132 не одинаковы, даже если они происходят из одного и того же гена. Ген создает два транскрипта, что включает необычный процесс в конце гена, как в фильме с двумя разными окончаниями. Итак, ответ состоит в том, что один ген может использовать альтернативные концевые экзоны для создания двух белков с разными последовательностями на конце. И именно концы определяют, где в клетке оказывается белок.
Новые знания важны для будущих достижений в сельском хозяйстве, потому что один и тот же процесс работает одинаково для большинства растений, независимо от связывания азота.
