Kvävefixering är den process genom vilken atmosfäriskt kväve omvandlas till ammoniak, som sedan kan användas av växter för att producera proteiner och andra kvävehaltiga föreningar. Denna process är avgörande för växternas tillväxt, men den är också mycket energikrävande. Baljväxter har utvecklat ett symbiotiskt förhållande med rhizobia, som är bakterier som lever i knölar på baljväxternas rötter och omvandlar atmosfäriskt kväve till ammoniak.
Debatten om hur rhizobia bryter mot cellväggarna hos baljväxter har pågått i över 125 år. Vissa forskare tror att rhizobia använder en process som kallas "cellväggsnedbrytning", där de utsöndrar enzymer som bryter ner växtens cellväggar. Andra tror att rhizobia använder en process som kallas "invasion", där de fysiskt penetrerar växtens cellväggar.
I sin studie använde JBEI-teamet en kombination av mikroskopi och molekylärbiologiska tekniker för att visa att rhizobia använder både cellväggsnedbrytning och invasion för att bryta ner cellväggarna hos baljväxter. Teamet fann att rhizobia först utsöndrar enzymer som bryter ner växtens cellväggar, och sedan använder de dessa enzymer för att skapa kanaler genom vilka de fysiskt kan penetrera cellväggarna.
Denna upptäckt har viktiga konsekvenser för utvecklingen av mer effektiva kvävefixerande grödor. Genom att förstå hur rhizobia bryter mot cellväggarna hos baljväxter kan forskare designa grödor som är mer resistenta mot rhizobiainfektion, vilket kan leda till ökad kvävefixering och förbättrad skörd.
"Denna studie ger en ny förståelse för de molekylära mekanismerna bakom det symbiotiska förhållandet mellan baljväxter och rhizobia", säger JBEI-direktören Jay Keasling. "Denna kunskap kan leda till utvecklingen av effektivare kvävefixerande grödor, vilket kan ha stor inverkan på den globala livsmedelsförsörjningen."
