Растительный рэкет: как бобовым удаётся «доить» бактерий

В 2020 году биологи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха изучили механизм взаимодействия бобовых с симбиотическими бактериями, которые вырабатывают необходимый этим растениям аммоний.



Клубеньковые бактерии, обитающие в корнях бобовых и производящие необходимые растениям азотсодержащие соединения, давно являются объектом пристального внимания ученых. Перенос этого симбиоза на другие сельскохозяйственные растения, например, злаковые, могло бы избавить от необходимости применять азотные удобрения. Год назад швейцарские биологи братья Бит и Маттиас Кристены смогли существенно продвинуться в понимании механизма этого симбиоза.
В качестве «подопытных» в своем исследовании они использовали люцерну усеченную (Medicago truncatula) и ее клубеньковые бактерии-симбионты Sinorhizobium meliloti, изучив обмен веществ между этими двумя организмами с помощью изотопной маркировки и биохимического анализа.
В результате выяснилось, что бактерии получают от растений не только углеродные соединения, как считалось ранее, но также, что стало сюрпризом для ученых — богатую азотом аминокислоту аргинин. То есть растения фактически отдают обратно азот, который получают от микроорганизмов. Но как объясняют авторы исследования, это часть стратегии, с помощью которой бобовые принуждают клубеньковые бактерии к симбиозу. «В отличие от распространенного представления, этот симбиоз базируется отнюдь не на добровольном обмене», — говорит Маттиас Кристен.
Биологам удалось установить, что люцерна относится к своим клубеньковым бактериям без всякой жалости и выступает в отношении них почти как возбудитель заболевания. Растение поставляет бактериям углеводы, но при этом целенаправленно лишает их кислорода, создавая таким образом невыносимые условия для микроорганизмов. Однако аргинин помогает бактериям выживать — с помощью него они проводят обмен веществ, в ходе которого поучают окисляющие протоны вместе с молекулами азота. В результате этого процесса вырабатывается аммоний, который и достается растению.
По словам авторов исследования, этот аммоний является, по сути, побочным продуктом борьбы клубеньковых бактерий за свое выживание в агрессивной среде, которую сами же бобовые им и обеспечивают.