Sciencemag.cz
Doporučujeme
Jak známo, některé rostliny dokáží získávat dusík za pomoci symbiotických bakterií u svých kořenů (rhizobie). Až dosud se předpokládalo, že taková symbióza má poměrně přímočarý průběh, kdy bakterie dodávají amonné ionty vzniklé fixací vzdušného dusíku a rostliny jim za to poskytují organické sloučeniny uhlíku (hlavně karboxylové kyseliny).
Beat Christen, Matthias Christen a Uwe Sauer z ETH Zurich ale nyní podrobnějším studiem došli k závěru, že symbióza není vůbec jednoduchá a vlastně o symbiózu skoro ani nejde. Výzkum byl proveden pro sóju a jetel (patří mezi bobotivé), ale není důvod, proč by závěry neplatily i pro další luštěniny. Jak to vypadá, namísto spolupráce před sebou máme bitvu. Rostlina považuje bakterie za patogeny, snaží se jim přerušovat přísun kyslíku a vytváří jim kyselé prostředí. Právě v tomto kyselém prostředí pak bakterie musí přežívat; za tímto účelem z rostlin odčerpávají aminokyselinu arginin (to se dosud nevědělo; vlastně to jde i proti očekávanému pohybu dusíku), s jehož pomocí si za nedostatku kyslíku přizpůsobují svůj metabolismus. Kyselé prostředí pak bakterie neutralizují tím, že se protonů zbavují – a používají je k redukci dusíku ze vzduchu. Amoniak je pro ně odpadním produktem, kterého se zbavují zase tak, že jej přečerpávají do rostlin. Ty jej potřebují – a až zde začíná symbióza. Pro bakterii je ovšem fixace dusíku náročná (ono je vůbec div, že to vzhledem k inertnosti molekulárního dusíku za normální teploty a tlaku vůbec jde, viz náročnost průmyslové výroby amoniaku syntézou z prvků, kdy kromě teploty a tlaku jsou navíc potřeba ještě katalyzátory), provádí ji jen proto, aby přežila.
Celá práce nebyla primárně ovšem motivovaná výzkumem symbiózy a parazitismu, ale snahou pomocí nových poznatků zvýšit výnosy pěstovaných luštěnin a snížit závislost zemědělství na hnojení dusíkem. Sója je dnes jednou z celosvětově nejdůležitějších plodin a může se vrátit i sláva dalších luštěnin (v minulosti významných zdrojů bílkovin i ve Střední Evropě). Ideální by bylo fixaci dusíku provádět i v obilninách – ať už pomocí bakterií, přenesených genů apod. Jako nadějná možnost vypadá nemodifikovat samotnou obilninu, ale přenést geny pro fixaci dusíku bakteriím, které již teď žijí (symbioticky?) u kořenů pšenice, kukuřice či rýže.
Flores-Tinoco CE, Tschan F, Fuhrer T, Margot C, Sauer U, Christen M, Christen B: Co-catabolism of arginine and succinate drives symbiotic nitrogen fixation. Molecular Systems Biology 2020, DOI: 10.15252/msb.199419
Zdroj: ETH Zurich/Phys.org
Poznámky PH:
Ono i u takových učebnicových příkladů symbiózy typu lišejníku se dnes obvykle předpokládá, že jedna strana (zde houba) je spíše parazitem. Ba dokonce i vznik eukaryotické buňky nebyl asi původně symbiózou, ale útokem parazita (druhá verze: predátor kořist „nespotřeboval“, celou nerozložil). Samozřejmě to, že na počátku byl vztah nějaký, neznamená, že se z něj symbióza nemohla vyvinout. Téměř u všeho se ukáže, že ve hře jsou i nějaké konfliktní zájmy (geny matky vs. geny plodu apod.). Atd.
Na druhé straně původně bakterie fixující dusík (včetně sinic) to prováděly pro vlastní prospěch. Rostlina je zřejmě nutí k nadprodukci. (Přebytečných vodíkových iontů by se ovšem bakterie mohla zbavovat i klasickou fotosyntézou, kdy by ani nepotřebovala světlo, fotolýza vody by již nebyla nutná.)
