Tættere på at erstatte kunstgødning med symbiose i rodknolde
Forskere ved Aarhus Universitet har gjort en banebrydende opdagelse på vejen mod at erstatte kunstgødning med symbiose i rodknolde i blandt andet byg, majs og ris.
Målet er, at man i fremtiden kan kopiere bælgplanterne unikke kvælstoffikserende evner til blandt andet bygmarker og dermed undgå brug af kunstgødning. Arkivfoto
Bælgplanter har en unik evne til at samarbejde med kvælstoffikserende bakterier i jorden, kendt som rhizobia. Bælgplanter og rhizobia indgår i symbiotiske relationer, når de mangler kvælstof, så planten kan trives uden behov for tilførsel af kvælstof udefra.
Symbiotiske knolde dannes på plantens rod, som let koloniseres af kvælstoffikserende bakterier. Celleoverflade-receptoren, kaldet SYMRK, er ansvarlig for at formidle det symbiotiske signal fra rhizobia-opfattelse til dannelse af knolden. Receptorens aktiveringsmekanisme var indtil for nylig ukendt.
Det skriver Aarhus Universitet, der meddeler, at nye banebrydende opdagelser har bragt forskere tættere på at overføre bælgplanternes særlige evne til blandt andet byg, majs og ris, som i fremtiden vil kunne erstatte brug af kunstgødning.
Aldrig før beskrevet
I undersøgelsen har forskerne identificeret fire vigtige fosforyleringssteder, der fungerer som katalysator for den symbiotiske relation mellem bælgplanter og kvælstoffikserende bakterier. De indledende trin i den symbiotiske vej på celleoverfladen er velbeskrevne, men ingen forskere har hidtil beskrevet, hvordan signalet videresendes nedstrøms.
- Vi vidste, at receptoren og dens aktivitet er afgørende for etableringen af symbiose, men vi vidste ikke hvordan eller hvorfor. Fosforylering er en almindelig mekanisme til regulering af kinaseaktivitet, så vi havde en teori om, at SYMRK's funktion var knyttet til specifikke fosforyleringer, forklarer lektor Nikolaj Abel fra Aarhus Universitet.
Gennem samarbejde med Ole Nørregaard Jensens laboratorium på Syddansk Universitet blev flere fosforyleringssteder identificeret. Forskerne var i stand til at indsnævre de essentielle steder ved at nedbryde eller efterligne fosforyleringer in vivo.
- Vi undersøger virkningen af stedspecifikke mutationer ved at skabe receptorvarianter og genindføre dem i planter, der mangler den funktionelle SYMRK-receptor. At observere enten spontan rodknoldsdannelse uden rhizobier eller fravær af rodknoldsdannelse på trods af deres tilstedeværelse indikerer, at vi har ramt et element, der er afgørende for vejen til symbiose, uddyber Nikolaj Abel.
Symbiose i vigtige afgrøder
Det langsigtede mål er at muliggøre symbiose i rodknolde i vigtige afgrøder som byg, majs og ris. Disse afgrøder kræver store mængder kvælstofgødning for at vokse, hvilket resulterer i enorme CO2-aftryk og gør mindre landbrug ude af stand til at producere stabile udbytter, skriver universitetet.
Med den vellykkede identifikation af fosforyleringssteder, der er afgørende for at starte noduleringsprogrammet i bælgplanter, mener forskerne, at denne nye viden er lovende for at kunne omsætte kvælstoffikserende træk til andre afgrøder, så man undgår at bruge kunstgødning.
