Бобовые способны расти на бедных азотом почвах благодаря их способности вступать в симбиоз с азотфиксирующими бактериями. Существует большой интерес к использованию знаний об этом симбиозе для переноса их на другие несимбиотические растения. Международная исследовательская группа сделала еще один шаг к пониманию этого сложного биологического процесса. Микробы, полезные или вредные, играют важную роль во всех организмах, включая растения. Поэтому способность контролировать окружающие микробы имеет решающее значение для выживания растений. Например, корни растения, растущего в почве, окружены средой, богатой микробами, и поэтому в них развились сложные механизмы наблюдения.
В отличие от большинства других растений, бобовые, такие как фасоль, горох или чечевица, способны расти на бедных азотом почвах с помощью микробов. В процессе, называемом симбиозом корневых клубеньков, бобовые образуют новый орган, называемый клубеньком, в котором обитают специфические почвенные бактерии, называемые ризобиями. Внутри клубенька ризобии превращают атмосферный азот в аммоний, который обеспечивает рост растений. Бобовые, в свою очередь, снабжают бактерии углеродными ресурсами, обеспечивая их энергозатратный процесс фиксации азота.
Взаимодействие между бобовыми растениями и ризобиальными бактериями очень избирательно. Предыдущие исследования показали, что растения способны идентифицировать специфические сигнальные молекулы, продуцируемые симбиотическими ризобиальными бактериями. В частности, одна система распознавания, называемая сигнальным фактором Nod, имеет решающее значение для установления отношений хозяин-нехозяин между бобовыми и ризобиями.
Чтобы инициировать симбиоз, бобовые используют специфические белки-рецепторы, которые могут распознавать молекулы фактора Nod, продуцируемые бактериями. Хорошо известны два рецептора фактора Nod, NFR1 и NFR5. Они принадлежат к большому семейству так называемых белков-киназ рецепторов LysM, что предполагает, что другие подобные рецепторы также могут быть вовлечены в передачу сигналов фактора Nod..
Международная исследовательская группа из Дании, Италии, Франции и Японии определила роль другой киназы рецептора LysM, называемой NRFe, путем изучения модельного вида бобовых, Lotus japonicus. Результаты показали, что NFRe и NFR1 имеют сходные и различные биохимические и молекулярные свойства. NRFe экспрессируется преимущественно в клетках, расположенных в определенной области на поверхности корней. По сравнению с NFR1, NFRe имеет ограниченную сигнальную способность, ограниченную внешним корневым клеточным слоем. Когда NRFe был мутирован, внутри корня активировалось меньше сигналов Nod-фактора и формировалось меньше клубеньков.
Рецепторы типа NFR1 также были обнаружены у растений, не относящихся к семейству бобовых, которые не вступают в симбиотические отношения с ризобиальными бактериями. Идентификация рецепторов, важных для передачи сигналов Nod-фактора, может послужить основой для новых биотехнологических целей в несимбиотических культурах, чтобы улучшить их рост в условиях с низким содержанием питательных веществ.