Они опубликовали свои результаты в ноябре 2019 года в журнале Science.
«Мы решили понять, как бобовые приобрели способность образовывать корневые клубеньки, которые необходимы для установления симбиотических отношений между хозяином и азотфиксирующими бактериями», – сказал автор статьи Такаши Сояно из Национального института фундаментальной биологии. "Наши результаты проясняют, как бобовые приобрели способность производить корневые клубеньки."
Корневые узелки обычно образуются в результате воздействия бактерий, называемых ризобиями.
Бобовые имеют гены, которые специфически сообщают клеткам-хозяевам о наличии ризобий, вызывая образование корневых клубеньков, но было неясно, как эти генетические факторы могут запускать развитие этих корневых органов.
Исследователи изучили развитие этого органа с помощью модельного бобового лотоса, Lotus japonicus, и обнаружили, что это произошло через ген, участвующий в формировании боковых корней. Как правило, у растений развиваются боковые корни, которые расходятся, а не глубокие вертикальные корни, поскольку вода и питательные вещества имеют тенденцию быть более плотными на поверхности почвы.
«Этот ген, называемый ASL18a, кооптирован из программ развития боковых корней, общих для большинства растений, для образования корневых клубеньков в присутствии ризобий», – сказал Сояно.
Кооперативное действие двух генов, ASL18a и NF-Y, необходимо, чтобы вызвать деление клеток для развития корневых клубеньков.
Другой ген, называемый NIN, специально предписывает ASL18a и NF-Y работать вместе при наличии ризобий. По словам Сояно, ASL18a в бобовых культурах обладает регуляторным элементом, который связывается с NIN и обеспечивает совместную работу между генами.
«Развитие корневых органов жестко регулируется посредством сложных взаимодействий между различными сигнальными компонентами и путями», – сказал Сояно. "Приобретение этого элемента могло привести к привлечению этого гена к формированию корневых клубеньков."
Затем Сояно и его команда планируют изучить, как развитие боковых корней и специфические для симбиоза пути влияют друг на друга, помогая формировать корневые клубеньки.
"Детальное исследование того, как эти два пути были интегрированы, может дать важную информацию для лучшего понимания эволюционных путей у бобовых растений."Сояно сказал.
Он также отметил, что основной молекулярный механизм образования клубеньков может также присутствовать в других растениях, таких как томаты, и может привести к применению симбиоза клубеньков в устойчивых методах ведения сельского хозяйства.