Без добрив: як бобові отримують амоній з бактерій

У 2020 році біологи зі Швейцарської вищої технічної школи Цюріха вивчили механізм взаємодії бобових із симбіотичними бактеріями, які виробляють необхідний цим рослинам амоній.

Клубенькові бактерії, що мешкають у корінні бобових і виробляють необхідні рослинам азовмісні сполуки, давно є об'єктом пильної уваги вчених. Цей симбіоз перенесено на інші сільськогосподарські рослини, наприклад, злакові, вони могли б позбавити азотного добрива. Рік тому швейцарські біологи брати Біт і Маттіас Крістени змогли істотно просунутися в розумінні механізму цього симбіозу.

Як «піддослідні» у своєму дослідженні вони використовували люцерну усічену (Medicago truncatce) і її клубенькові бактерії-симбіонти Sinorhizobium meliloti, вивчивши обмін речовин між цими двома організмами за допомогою ізотопного маркування і біохімічного аналізу.

У результаті з'ясувалося, що бактерії отримують від рослин не тільки вуглецеві сполуки, як вважалося раніше, але також, що стало сюрпризом для вчених - багату на азот амінокислоту аргінін. Тобто рослини фактично віддають назад азот, який отримують від мікроорганізмів. Але як пояснюють автори дослідження, це частина стратегії, за допомогою якої бобові примушують клубенькові бактерії до симбіозу. «На відміну від поширеного уявлення, цей симбіоз базується аж ніяк не на добровільному обміні», - говорить Маттіас Крістен.

Біологам вдалося встановити, що люцерна відноситься до своїх клубенькових бактерій без всякої жалості і виступає щодо них майже як збудник захворювання. Рослина постачає бактеріям вуглеводи, але при цьому цілеспрямовано позбавляє їх кисню, створюючи таким чином нестерпні умови для мікроорганізмів. Однак аргінін допомагає бактеріям виживати - за допомогою нього вони проводять обмін речовин, в ході якого повчають окисляючі протони разом з молекулами азоту. У результаті цього процесу виробляється амоній, який і дістається рослині.

За словами авторів дослідження, цей амоній є, по суті, побічним продуктом боротьби клубенькових бактерій за своє виживання в агресивному середовищі, яке самі ж бобові їм і забезпечують.