Většina rostlin potřebuje k tomu, aby vzkvétala, přijímat dusík, často obsažený v umělých hnojivech. Jen některé se bez něj obejdou. A právě na ně se zaměřili vědci, aby studovali, zda by se změny, ke kterým u nich došlo, daly adaptovat i na plodiny potřebné k našemu přežití, jako jsou pšenice, kukuřice či rýže..

Pro většinu plodin jsou zdrojem dusíku, který potřebují k růstu, umělá hnojiva. Jen málo rostlin, jako například hrách, jetel či fazole, se bez něj obejdou. Žijí totiž v symbióze se speciálními bakteriemi, které přeměňují dusík ze vzduchu na formu, kterou mohou tyto rostliny využít.

Kasper Røjkjær Andersen a Simona Radutoiuvá, profesoři molekulární biologie na dánské Aarhuské univerzitě, se snažili pochopit, jaké mechanismy jim to umožňují.

Doufají, že by tyto zvláštní schopnosti mohli být jednoho dne přeneseny i na hospodářské plodiny, jako jsou pšenice, ječmen či kukuřice. Díky tomu by se rostliny staly soběstačnými v oblasti dodávky dusíku, a snížila by se tak nutnost dodávat hnojiva, na jejichž výrobu dnes připadají asi 2 % celkové světové spotřeby energie a dochází přitom k uvolňování velkého množství CO2 do ovzduší.

Dánským vědcům se podařilo identifikovat malé změny v receptorech rostlin, které způsobují vypnutí imunitního systému, což rostlinám umožní symbiózu s bakteriemi fixujícími dusík.

Symbiózou za ziskem dusíku

Rostliny používají receptory na povrchu svých buněk k tomu, aby zachytily signály, které „vysílají“ mikroorganismy v půdě. Zatímco některé bakterie vypouštějí chemikálie, kterými signalizují že jsou nepřátelské a rostliny se jim musí bránit, jiné se k nim chovají přátelsky a pomáhají jim zajišťovat výživu.

K takovým patří i speciální bakterie, které si luštěniny zvou do svých kořenů. Tyto bakterie přeměňují dusík ze vzduchu na formu využitelnou pro rostliny, které pak mohou růst bez umělých hnojiv.

Vědci zjistili, že za touto schopností stojí dvě aminokyseliny v proteinech obsažených v kořenech rostlin. Tyto proteiny fungují jako „receptory“, které přijímají signály od bakterií. Rozhodují o tom, zda by rostlina měla spustit poplach (imunitní systém), nebo bakterie přivítat (symbióza).

Odborníci v proteinu objevili malou oblast, kterou označili jako Symbiosis Determinant 1, jež funguje jako jakýsi přepínač určující, který zpráva je odeslána do rostlinné buňky.

Dvě aminokyseliny mění vztah rostliny k bakteriím

Změnou pouhých dvou aminokyselin v tomto přepínači by vědci mohli získat receptor, který místo toho, aby spustil imunitní odpověď, zahájí symbiózu s bakteriemi fixujícími dusík. „Ukázali jsme, že dvě malé změny mohou způsobit, že rostliny změní své chování v klíčovém bodě – od odmítání bakterií přejdou ke spolupráci s nimi,“ vysvětluje Radutoiuová.

V laboratoři se jí spolu s Andersenem podařilo modifikovat na tomto principu divokou luštěninu zvanou Lotus japonicus.

Vědci se pokoušejí stejný postup zopakovat i na člověkem šlechtěných plodinách. Pokud se modifikace podaří přenést i na ně, nakonec by mohlo být možné vyšlechtit obiloviny, jako jsou pšenice, kukuřice nebo rýže, se schopností samostatně fixovat dusík bez nutnosti dodatečného hnojení stejně, jako to dnes dělají luštěniny.

„Ale nejdříve musíme najít ty další, esenciální klíče, které se na procesu podílejí,“ říká Radutoiuová a dodává: „I tak je náš objev vzrušující.“.

Zdroj: Phys.org