องค์ประกอบการส่งสัญญาณใหม่ที่สำคัญสำหรับการอยู่ร่วมกันของพืช

พืชตระกูลถั่วมีความสำคัญทางการเกษตรอย่างมากเนื่องจากความสามารถในการสร้างความสัมพันธ์ทางชีวภาพกับแบคทีเรียที่ตรึงไนโตรเจนที่เรียกว่าไรโซเบีย ความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับการตรึงไนโตรเจนทางชีวภาพ (BNF) และการส่งต่อความรู้นี้ไปยังพืชเพาะปลูกจะช่วยให้เราสามารถหลีกเลี่ยงการใช้ปุ๋ยและปลูกพืชได้อย่างยั่งยืน นอกจากนี้ การถ่ายโอน BNF ไปยังพืชที่ไม่ใช่พืชตระกูลถั่วที่ประสบความสำเร็จจะเป็นประโยชน์อย่างยิ่งต่อเกษตรกรรายย่อยที่สามารถเพิ่มผลผลิตพืชผลได้โดยไม่ต้องเผชิญกับข้อจำกัดด้านเงินสดที่เกี่ยวข้องกับการซื้อปุ๋ยอนินทรีย์ เพื่อนำไปสู่เป้าหมายนี้ สมาชิกกลุ่ม Plant Molecular Biology ที่ Aarhus University ซึ่งกำกับโดยศาสตราจารย์ Jens Stougaard ได้ทุ่มเทงานวิจัยเพื่อทำความเข้าใจการอยู่ร่วมกันระหว่างพืชตระกูลถั่วและไรโซเบียน ในปี พ.ศ. 2546 กลุ่มได้ระบุตัวรับปัจจัย Nodulation (Nod) ในพลาสมาเมมเบรนที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่น 1 และ 5 (NFR1 และ NFR5) ที่รับผิดชอบในการรับรู้ของ symbionts ที่เข้ากันได้ โนดแฟกเตอร์เป็นโมเลกุลส่งสัญญาณทางชีวภาพที่มีโครงสร้างแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับชนิดของไรโซเบียม การใช้กลไกล็อคที่เข้มงวด (ตัวรับปัจจัย Nod) และกลไกกุญแจ (Nod Factor) อนุญาตให้ไรโซเบียที่เข้ากันได้เท่านั้นเข้าสู่พืชในขณะที่แบคทีเรียที่เข้ากันไม่ได้จะไม่สามารถติดเชื้อและตั้งรกรากที่รากได้ ความก้าวหน้าหลังจากการวิจัย 15 ปี กว่า 15 ปีที่ผ่านมา ส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายทอดสัญญาณ Nod factor โดยตรงที่ปลายน้ำของตัวรับ Nod factor ยังคงเข้าใจยาก ซึ่งจำกัดความเข้าใจของนักวิจัยว่าในที่สุดตัวรับ Nod factor เหล่านี้นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างรากขนและการสร้างอวัยวะใหม่ (ก้อน) ที่จำเป็นในท้ายที่สุด สำหรับการเข้าสู่ไรโซเบียและ ที่พัก ในที่สุด ความก้าวหน้าก็ประสบความสำเร็จโดยใช้แนวทาง Proteomics อันสง่างาม และโดยบันทึกความเชี่ยวชาญของเพื่อนร่วมงานจากกลุ่มวิจัยของ Cyril Zipfel (The Sainsbury Laboratory สหราชอาณาจักร) ซึ่งได้ค้นพบผู้เล่นใหม่อย่างต่อเนื่องในการส่งสัญญาณป้องกันโรงงาน งานที่ตีพิมพ์ใน วารสาร PNASอธิบายถึงวิธีการที่นักวิจัยหาผู้โต้ตอบโดยใช้ NFR5 เป็นเหยื่อล่อ คล้ายกับกระบวนการส่งสัญญาณที่เกี่ยวข้องกับการป้องกันพืช การเจริญเติบโตของพืช และการเจริญพันธุ์ พวกเขาสังเกตว่าไคเนสไซโตพลาสซึมที่มีลักษณะคล้ายรีเซพเตอร์นั้นมีส่วนสำคัญในการส่งสัญญาณที่ปลายน้ำของตัวรับหลังจากการรับรู้ลิแกนด์ในการส่งสัญญาณแบบซิมไบโอซิส นักวิจัยตั้งชื่อว่า cytoplasmic kinase NFR5-interacting cytoplasmic kinase 4 (NiCK4) พวกเขาตั้งสมมติฐานว่าจากการรับรู้ปัจจัย Nod น้ำตกของฟอสโฟรีเลชั่นที่เกี่ยวข้องกับ NiCK4, NFR1 และ NFR5 ส่งผลให้เกิดการแปล NiCK4 ไปยังนิวเคลียสซึ่งมีองค์ประกอบ symbiosis ของพืชตระกูลถั่วที่สำคัญหลายรายการ และต่อมาส่งเสริมการก่อตัวของก้อนที่ใช้เป็นที่อยู่ของไรโซเบียที่เข้ากันได้ Nod factor และ Nod factor receptor กระตุ้นการเคลื่อนที่ของ NiCK4 จากพลาสมาเมมเบรนไปยังนิวเคลียส เป็นข้อมูลที่น่าตื่นเต้นมาก เนื่องจากการแกว่งของแคลเซียมในนิวเคลียสเป็นจุดเด่นของการส่งสัญญาณแบบ symbiosis ในพืชตระกูลถั่ว หลังจากการค้นพบนี้ ทีมวิจัยหวังว่าจะรวบรวมและเชื่อมต่อส่วนประกอบการส่งสัญญาณแบบ symbiosis ได้มากขึ้น ความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับองค์ประกอบทั้งหมดที่เกี่ยวข้องในวิถีการส่งสัญญาณของสิ่งมีชีวิตร่วมกันเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการถ่ายโอน BNF ไปยังพืชที่ไม่ใช่พืชตระกูลถั่วที่ประสบความสำเร็จ