Ученые изучили метаболизм клубеньковых бактерий

Ученые из Швейцарской высшей технической школы раскрыли неизвестные ранее детали химического взаимодействия клубеньковых бактерий с растением-носителем. Клубеньковые бактерии, или ризобии, расположенные в корневой системе растения-носителя, известны своей способностью связывать неорганический атмосферный азот, производя на выходе аммиак. До недавнего времени считалось, что симбиоз клубеньковых бактерий и растений является довольно простым: первые производят аммиак, получая взамен молекулы карбоксильной кислоты. Однако на самом деле данное взаимодействие оказалось куда сложнее, поскольку вместе с углеродом растение дает бактериям богатую азотом аминокислоту аргинин.

«Несмотря на то, что азотная фиксация клубеньковых бактерий изучалась уже много лет, в понимании данного процесса все еще были пробелы. Наши открытия позволят снизить зависимость фермеров от азотных удобрений, что повысит устойчивость сельского хозяйства», — сказал профессор Бит Кристен (Beat Christen), глава проекта.

Используя методы системной биологии, исследователям удалось раскрыть метаболизм клубеньковых бактерий, присутствующих в корнях клевера и сои. Они также считают, что аналогичное химическое взаимодействие имеет место быть и в других бобовых.

По словам молекулярного биолога Мэттиаса Кристена (Matthias Christen), симбиоз клубеньковых бактерий с растениями многими ошибочно представляется в виде добровольного обмена химическими элементами, в то время как в реальности оба партнера делают максимально возможное для эксплуатирования друг друга. Так, и соя и клевер воспринимают данные бактерии как патоген, а потому пытаются перекрыть ему кислород путем выделения кислоты. В свою очередь бактерии используют присутствующий в растении аргинин для того, чтобы выжить во враждебной кислотной среде. Для нейтрализации последней бактерии переносят подкисляющие протоны в молекулы азота, полученного из воздуха. В результате получается аммиак, от которого бактерия избавляется путем передачи растению.

«Таким образом аммиак, столь важный для растения, является всего лишь побочным продуктом борьбы бактерии за выживание», — объясняет Бит Кристен.

Считается, что результаты данного исследования помогут индустрии перенести азотфиксирующую способность бобовых на другие сельскохозяйственные культуры, такие как пшеница, кукуруза или рис.

Источник: Phys.org