Бобовые растения обладают уникальной способностью взаимодействовать с азотфиксирующими бактериями почвы. Бактерии продуцируют азотные соединения, необходимые для роста растения. Когда же растение погибает, азотсодержащие вещества становятся доступными для других растений, и тем самым происходит обогащение почвы азотом. Бактерии-симбионты живут в особых клубеньках в корневой системе бобовых растений, и поэтому их обычно называют клубеньковыми бактериями, или ризобиями. Образование клубеньков вызывается рецептором SYMRK, но механизм активации рецептора до недавнего времени был неизвестен.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, датские ученые определили четыре основных сайта фосфорилирования в молекуле SYMRK, которые действуют как катализатор симбиотических отношений между бобовыми растениями и азотфиксирующими бактериями. «Мы знали, что рецептор и его активность необходимы для установления симбиоза, но мы не знали, как и почему. Фосфорилирование является распространенным механизмом регулирования активности киназ, поэтому мы предположили, что функция SYMRK связана со специфическим фосфорилированием, — объясняет один из авторов работы Николай Абель (Nikolaj Abel). — Мы изучаем влияние сайт-специфических мутаций, создавая варианты рецепторов и повторно вводя их в растения, лишенные функционального рецептора SYMRK. Наблюдение либо спонтанного клубенька без ризобий, либо отсутствия клубеньков, несмотря на присутствие бактерий, указывает на то, что мы нацелились на элемент, имеющий решающее значение».
Чтобы понять, где расположены выявленные сайты фосфорилирования в молекуле SYMRK, исследователи определили структуру внутриклеточного домена SYMRK. «Нам нужно было сопоставить сайты фосфорилирования со структурной моделью киназы SYMRK, чтобы по-настоящему понять, как эти сайты фосфорилирования обеспечивают последующую передачу сигналов. Мы идентифицировали структурно консервативный мотив в N-концевой альфа-спиральной области, который мы назвали "мотив альфа-I". Эта область содержит четыре консервативных сайта фосфорилирования», — объясняет Малита Нёргор (Malita Nørgaard).
Долгосрочная цель исследований состоит в том, чтобы добиться появления клубеньков для симбиотических бактерий у таких важных культур, как ячмень, кукуруза и рис. Сейчас для выращивания этих культур требуется большое количество азотных удобрений, что приводит к огромным выбросам углекислого газа и делает мелких фермеров не способными производить стабильные урожаи. Исследователи полагают, что благодаря успешной идентификации сайтов фосфорилирования, имеющих решающее значение для запуска программы клубнеобразования у бобовых растений, можно будет сделать следующий шаг для передачи способности к азотфиксации сельскохозяйственным культурам.
