Η μελέτη διευθετεί τη συζήτηση 125 ετών σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο τα βακτήρια που καθορίζουν το άζωτο παραβιάζουν τα κυτταρικά τοιχώματα των όσπρων

Μια συζήτηση για το αιώνα για το πώς παραβιάζουν τα βακτήρια που παραβιάζουν το άζωτο Τα κυτταρικά τοιχώματα των όσπρων έχει διευθετηθεί από μια ερευνητική ομάδα υπό την ηγεσία του Κοινού Ινστιτούτου Βιοενέργειας του Τμήματος Ενέργειας (JBEI). Τα ευρήματα της ομάδας, που δημοσιεύθηκαν στο Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών, παρέχουν νέες γνώσεις στους μοριακούς μηχανισμούς που αποτελούν τη βάση της συμβιωτικής σχέσης μεταξύ όσπριων και ριζόβιας και θα μπορούσαν να οδηγήσουν στην ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών καλλιεργειών αζώτου.

Η σταθεροποίηση του αζώτου είναι η διαδικασία με την οποία το ατμοσφαιρικό άζωτο μετατρέπεται σε αμμωνία, η οποία στη συνέχεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί από φυτά για την παραγωγή πρωτεϊνών και άλλων ενώσεων που περιέχουν άζωτο. Αυτή η διαδικασία είναι απαραίτητη για την ανάπτυξη των φυτών, αλλά είναι επίσης πολύ ενεργειακή ένταση. Τα όσπρια έχουν εξελίξει μια συμβιωτική σχέση με τη ριζόβια, τα οποία είναι βακτήρια που ζουν σε οζίδια στις ρίζες των όσπριων και μετατρέπουν το ατμοσφαιρικό άζωτο σε αμμωνία.

Η συζήτηση σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο παραβιάζει τα κυτταρικά τοιχώματα των όσπριων για πάνω από 125 χρόνια. Μερικοί επιστήμονες πιστεύουν ότι η ριζόβια χρησιμοποιεί μια διαδικασία που ονομάζεται "υποβάθμιση του κυτταρικού τοιχώματος", στην οποία εκκρίνουν ένζυμα που διασπούν τα κυτταρικά τοιχώματα του φυτού. Άλλοι πιστεύουν ότι η Rhizobia χρησιμοποιεί μια διαδικασία που ονομάζεται "εισβολή", στην οποία φυσικά διεισδύουν στα κυτταρικά τοιχώματα του φυτού.

Στη μελέτη τους, η ομάδα JBEI χρησιμοποίησε έναν συνδυασμό μικροσκοπίας και τεχνικών μοριακής βιολογίας για να δείξει ότι η ριζόβια χρησιμοποιεί τόσο την αποικοδόμηση του κυτταρικού τοιχώματος όσο και την εισβολή για να παραβιάσει τα κυτταρικά τοιχώματα των οσπρίων. Η ομάδα διαπίστωσε ότι η Rhizobia εκκρίνει πρώτα τα ένζυμα που διασπούν τα κυτταρικά τοιχώματα του φυτού και στη συνέχεια χρησιμοποιούν αυτά τα ένζυμα για να δημιουργήσουν κανάλια μέσω των οποίων μπορούν να διεισδύσουν φυσικά στα κυτταρικά τοιχώματα.

Αυτή η ανακάλυψη έχει σημαντικές επιπτώσεις στην ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών καλλιεργειών αζώτου. Με την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η ριζόβια παραβιάζει τα κυτταρικά τοιχώματα των όσπριων, οι επιστήμονες μπορούν να σχεδιάσουν καλλιέργειες που είναι πιο ανθεκτικές στη λοίμωξη ριζόβιας, γεγονός που θα μπορούσε να οδηγήσει σε αυξημένη σταθεροποίηση του αζώτου και βελτιωμένες αποδόσεις καλλιέργειας.

"Αυτή η μελέτη παρέχει μια νέα κατανόηση των μοριακών μηχανισμών στους οποίους βασίζεται η συμβιωτική σχέση μεταξύ των όσπριων και της ριζόβιας", δήλωσε ο διευθυντής JBEI Jay Keasling. "Αυτή η γνώση θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη πιο αποδοτικών καλλιεργειών που προκαλούν άζωτο, οι οποίες θα μπορούσαν να έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην παγκόσμια επισιτιστική ασφάλεια".