Biljke mahunarki imaju jedinstvenu sposobnost interakcije sa bakterijama koje fiksiraju azot u zemljištu, poznatom kao rizobija. Mahunarke i rizobije stupaju u simbiotske odnose nakon gladovanja azotom, omogućavajući biljci da napreduje bez potrebe za azotom koji se snabdeva spolja.
Na korenu biljke formiraju se simbiotski čvorići, koji se lako kolonizuju bakterijama koje fiksiraju azot. Receptor ćelijske površine SIMRK (kinaza slična receptoru simbioze) je odgovoran za posredovanje simbiotskog signala od percepcije rizobije do formiranja čvorića. Mehanizam aktivacije receptora je do nedavno bio nepoznat.
U ovoj studiji, koja se pojavljuje u Zborniku radova Nacionalne akademije nauka, istraživači su sada identifikovali četiri esencijalna mesta fosforilacije koja deluju kao katalizator za simbiotski odnos između biljaka mahunarki i bakterija koje fiksiraju azot. Početni koraci simbiotskog puta na površini ćelije su dobro okarakterisani; međutim, razumevanje načina na koji se signal prenosi nizvodno je godinama izmicalo polju istraživanja.
Otkriće ovih esencijalnih mesta fosforilacije je važan korak ka prevođenju sposobnosti formiranja simbiotskih odnosa sa bakterijama koje fiksiraju azot u biljke useva.
„Znali smo da je receptor i njegova aktivnost od suštinskog značaja za uspostavljanje simbioze, ali nismo znali kako i zašto. Fosforilacija je uobičajen mehanizam za regulisanje aktivnosti kinaze, pa smo teoretizirali da je funkcija SIMRK vezana za specifične fosforilacije“, objašnjava Nikolaj Abel.
Kroz saradnju sa laboratorijom Olea Noregaarda Jensena na Univerzitetu Južne Danske, identifikovano je nekoliko mesta fosforilacije u različitim regionima SIMRK kinaze. Istraživači su bili u mogućnosti da suze bitna mesta tako što su smanjili ili oponašali fosforilacije in vivo. Konkretno, četiri mesta u N-terminalnom regionu SIMRK-a dala su jake fenotipove kada su mutirana.
„Istražujemo uticaj mutacija specifičnih za lokaciju tako što stvaramo varijante receptora i ponovo ih uvodimo u biljke kojima nedostaje funkcionalni SIMRK receptor. Posmatrajući ili spontanu nodulaciju bez rizobije ili odsustvo nodulacije uprkos njihovom prisustvu, ukazuje na to da smo ciljali element koji je ključan za simbiotski put“, kaže Abel.
Da bi razumeli gde su identifikovana mesta fosforilacije smeštena na SIMRK kinazi, istraživači su utvrdili strukturu intracelularnog domena SIMRK.
„Trebalo je da budemo u mogućnosti da mapiramo mesta fosforilacije na strukturni model SIMRK kinaze da bismo zaista razumeli kako ova mesta fosforilacije omogućavaju nizvodnu signalizaciju. Identifikovali smo strukturno očuvan motiv u N-terminalnom alfa-heličkom regionu koji smo nazvali ‘ alfa-I motiv.’ Ovaj region sadrži četiri očuvana mesta fosforilacije“, objašnjava Malita Nørgaard.
Dugoročni cilj je da se omogući simbioza korenskih nodula u važnim kulturama kao što su ječam, kukuruz i pirinač. Ovi usevi zahtevaju velike količine azotnih đubriva za rast, što dovodi do ogromnih otisaka CO 2 i onemogućava male farmere da daju stabilne prinose.
Uz uspešnu identifikaciju mesta fosforilacije koja je ključna za pokretanje programa nodulacije u biljkama mahunarki, istraživači veruju da ovo novootkriveno znanje ima obećavajuće implikacije za prevođenje osobina koje fiksiraju azot u useve.
