Le leguminose non dipendono dall'azoto fornito dall'esterno, perché possono formare una simbiosi con batteri che fissano l'azoto, chiamati rizobi. Le piante riconoscono i batteri che fissano l'azoto e consentono loro di colonizzare organi appositamente formati chiamati noduli. È noto da molti anni che esistono due recettori del fattore Nod, NFR1 e NFR5, responsabili del riconoscimento delle molecole di segnalazione secrete dalla rizobia. Ma il modo in cui i recettori lavorano insieme nei complessi di segnalazione era sconosciuto fino ad ora.
“È difficile identificare complessi di segnalazione attivi nelle cellule viventi, quindi abbiamo dovuto sviluppare un nuovo approccio. Per un bel po' di tempo abbiamo lavorato con i nanobodies, piccoli anticorpi a singolo dominio derivati dai lama, per altri scopi. Quindi, ci siamo chiesti se potessimo usare i nanobodies per studiare la segnalazione dei recettori», spiega Kasper Røjkjær Andersen.
I ricercatori della sezione Biologia Molecolare delle Piante hanno sviluppato un approccio in cui hanno accoppiato a proteina fluorescente verde (GFP) a uno dei recettori e un nanobody che si lega alla GFP all'altro recettore. In questo modo, i due recettori sono stati portati molto vicini nella pianta vivente.
“Con nostra sorpresa, il solo avvicinare i recettori tra loro attraverso il legame dei nanobody è stato sufficiente per avviare la formazione di noduli. Abbiamo anche testato altri recettori, ma non è successo nulla, quindi questo ci ha mostrato che NFR1 e NFR5 devono formare un complesso per avviare la segnalazione simbiotica», spiega Henriette Rübsam.
A lungo termine, i ricercatori vogliono ingegnerizzare la simbiosi dei noduli radicali nei cereali per ridurne l'uso azoto fertilizzanti, che hanno un enorme CO2 e consentire ai piccoli agricoltori con accesso limitato ai fertilizzanti commerciali di avere rese stabili.
"Ci è venuta l'idea piuttosto folle che i recettori dell'orzo esistenti potrebbero essere in grado di avviare la formazione di noduli nei legumi", spiega Simona Radutoiu.
Christina Krönauer elabora: "Abbiamo testato la capacità di segnalazione dei recettori dell'orzo mettendoli insieme usando nanobodies e abbiamo potuto dimostrare che associando i due recettori RLK4 e RLK10 portano alla formazione di noduli nel loto. Questo è stato del tutto inaspettato e molto promettente, perché potrebbe essere un passo importante sulla via dell'ingegneria piante coltivate entrare in simbiosi con batteri azotofissatori. "
Il documento è pubblicato sulla rivista Scienze.
I ricercatori non vedono l'ora di applicare la nuova tecnica per studiare altri importanti sistemi di recettori. Sono particolarmente entusiasti di esplorare e sviluppare le prospettive dell'ingegneria dei cereali che fissano l'azoto per un sistema agroalimentare più sostenibile