Δανοί ερευνητές έφεραν στο φως της δημοσιότητας έναν μοριακό «διακόπτη» που επιτρέπει στα φυτά να συνεργάζονται με βακτήρια δέσμευσης αζώτου, αντί να τα πολεμούν. Η ανακάλυψη αυτή ανοίγει τον δρόμο για τη δημιουργία αυτο-λιπαινόμενων σιτηρών, όπως το σιτάρι και το κριθάρι, κάτι που θα μπορούσε να αλλάξει ριζικά τον αγροτικό τομέα.
Η νέα έρευνα υπογραμμίζει ένα κρίσιμο βιολογικό στοιχείο, ικανό να μειώσει την τεράστια εξάρτηση της γεωργίας από τα τεχνητά αζωτούχα λιπάσματα. Τα φυτά χρειάζονται άζωτο για την ανάπτυξή τους, το οποίο τα περισσότερα είδη καλλιεργειών λαμβάνουν αποκλειστικά μέσω του λιπάσματος. Ωστόσο, μια μικρή ομάδα φυτών –όπως τα μπιζέλια, το τριφύλλι και τα φασόλια– μπορεί να αναπτυχθεί χωρίς πρόσθετο άζωτο, καθώς συνάπτει συνεργασία με ειδικά βακτήρια που μετατρέπουν το άζωτο του αέρα σε απορροφήσιμη μορφή.
Η σημασία της συμβίωσης
Στη βιομηχανία, τα βακτήρια αυτά είναι γνωστά ως «δεσμευτές αζώτου». Ήδη από τον 17ο αιώνα, μέθοδοι αμειψισποράς περιλάμβαναν τη χρήση τριφυλλιού για την κάλυψη των αγρών μετά τις συγκομιδές, ώστε να αναπληρώνεται το άζωτο του εδάφους.
Επιστήμονες παγκοσμίως εργάζονται για να κατανοήσουν τη γενετική και μοριακή βάση αυτής της φυσικής ικανότητας δέσμευσης αζώτου. Η ελπίδα είναι ότι το χαρακτηριστικό αυτό θα μπορούσε τελικά να εισαχθεί σε μεγάλες καλλιέργειες, όπως το σιτάρι, το κριθάρι και το καλαμπόκι. Αν αυτό επιτευχθεί, οι καλλιέργειες αυτές θα μπορούσαν να εξασφαλίζουν το δικό τους άζωτο. Αυτή η στροφή θα μείωνε την ανάγκη για συνθετικά λιπάσματα, τα οποία σήμερα αντιπροσωπεύουν περίπου το 2% της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας και παράγουν σημαντικές εκπομπές CO2.
«Είμαστε ένα βήμα πιο κοντά σε μια πιο πράσινη και φιλική προς το κλίμα παραγωγή τροφίμων», δήλωσαν ο Kasper Røjkjær Andersen και η Simona Radutoiu, καθηγητές μοριακής βιολογίας στο πανεπιστήμιο του Aarhus και μέλη της ομάδας πίσω από την ανακάλυψη.
Ο «διακόπτης» των δύο αμινοξέων
Τα φυτά βασίζονται σε υποδοχείς της κυτταρικής επιφάνειας για να αντιληφθούν χημικά σήματα από μικροοργανισμούς του εδάφους. Ορισμένα βακτήρια εκπέμπουν ενώσεις που «προειδοποιούν» το φυτό ότι είναι «εχθροί», προκαλώντας αμυντική δράση. Άλλα σηματοδοτούν ότι είναι «φίλοι» ικανοί να παρέχουν θρεπτικά συστατικά. Τα ψυχανθή, όπως τα μπιζέλια, τα φασόλια και το τριφύλλι, επιτρέπουν σε εξειδικευμένα βακτήρια να εισέλθουν στις ρίζες τους. Στο εσωτερικό αυτών των ριζικών ιστών, τα βακτήρια μετατρέπουν το άζωτο της ατμόσφαιρας και το μοιράζονται με το φυτό. Αυτή η συνεργασία, γνωστή ως συμβίωση, είναι ο λόγος που τα ψυχανθή μπορούν να αναπτυχθούν χωρίς τεχνητά λιπάσματα.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι αυτή η ικανότητα επηρεάζεται έντονα από μόλις δύο αμινοξέα εντός της πρωτεΐνης της ρίζας. Η πρωτεΐνη της ρίζας λειτουργεί ως «υποδοχέας» που διαβάζει τα σήματα από τα βακτήρια. Αυτός καθορίζει εάν το φυτό πρέπει να ενεργοποιήσει το ανοσοποιητικό του σύστημα (συναγερμός) ή να αποδεχθεί τα βακτήρια (συμβίωση).
Η ομάδα εντόπισε μια μικρή περιοχή στην πρωτεΐνη του υποδοχέα που ονόμασε «Προσδιοριστής Συμβίωσης 1» (Symbiosis Determinant 1). Αυτή η περιοχή λειτουργεί σαν ένας διακόπτης που ελέγχει το εσωτερικό μήνυμα που λαμβάνει το φυτό. Τροποποιώντας μόνο δύο αμινοξέα εντός αυτού του διακόπτη, οι ερευνητές μετέτρεψαν έναν υποδοχέα που κανονικά προκαλεί ανοσία, ώστε αντί αυτού να εκκινεί συμβίωση με τα βακτήρια δέσμευσης αζώτου – με έναν τρόπο που η φυσική συμπεριφορά του φυτού δεν θα επέτρεπε ποτέ.
Πηγή: goodnewsnetwork
