En "felande länk" i tämjandet av växters favoritboskap

Ett intimt samarbete mellan en växt och en cyanobakterie pekar på att växter fortfarande kan tämja mikroorganismer for att tillgodogöra sig viktiga näringsämnen, på liknande sätt som skedde då växter uppkom. Det visar forskare vid Stockholms universitet.

Växter får all sin energi från solljus och använder den för att ta upp den mycket viktiga byggstenen, kol, från luftens koldioxid. Denna process (fotosyntesen) är förutsättningen för allt liv vi ser på jorden idag. Fotosyntesen pågår i de små gröna organeller, så kallade kloroplaster, vilka finns i hundratal i varje blad och ger växterna dess färg.

Kloroplasterna uppkom för flera hundra miljoner år sedan då en fotosyntetisk cyanobakterie och en primitiv encellig organism ingick i en symbios. På så sätt fick den senare tillgång till fotosyntesen och embryot till de första växterna hade bildats. Under evolutionens gång har den ursprungliga cyanobakterien förlorat nästan all sin arvsmassa, men behållit de gener som krävs för att utföra fotosyntes åt växten. Cyanobakterien “skräddarsyddes” för ett ändamål och har nu blivit en del av växtcellen.

- Vår hypotes är att den typ av cyanobakterie som gav upphov till kloroplasterna fortfarande existerar, nämligen bland de cyanobakterier som fortfarande kan ingå i symbios med växter. Dessa cyanobakterier kan ta upp kväve, ytterligare ett viktigt näringsämne, från luften vilket växterna drar nytta av. De flesta av dessa symbioser är kortlivade och kräver att varje växtgeneration startar en ny symbios med cyanobakterierna, berättar Birgitta Bergman, professor i växtfysiologi vid Stockholms universitet.

Forskarna har studerat den enda växtsymbios (vattenormbunken Azolla) där cyanobakterien förs över direkt till nya växtgenerationer (via ormbunkens "frö") samt inte kan överleva utanför växten. Dessa två egenskaper liknar förhållandet mellan dagens kloroplaster och växter och forskarna föreslår att denna symbios kan utgöra en mall för den händelse som gav upphov till kloroplaster i växter.

I studien analyserade forskarna arvsmassan i denna cyanobakterie och fann att mängder av gener har inaktiverats och försvunnit, vilket förklarar cyanobakteriens oförmåga att leva utanför växten. Kvar finns dock alla gener nödvändiga för att försörja växtens hela behov av kväve. Precis som för kloroplasten skräddarsys cyanobakterien alltså för att uppfylla ett mycket specifikt ändamål.

- Det är anmärkningsvärt på vilket sätt växter kan tämja mikroorganismer för att få helt fri tillgång till ytterst viktiga näringsämnen, och det är uppenbart att växters favoritboskap är cyanobakterier. Kanske har vi hittat en felande länk i växternas tämjande av dessa bakterier, och vi har utan tvekan fått en inblick i en del av den process som för flera hundra miljoner år sedan gav upphov till växter, säger Birgitta Bergman, professor i växtfysiologi vid Stockholms universitet.

Studien: Ran, L., Larsson, J., Vigil-Stenman T., Nylander, J.A.A., Ininbergs, K., Zheng, W-W., Lapidus, A., Lowry, S., Haselkorn, R., Bergman, B. 2010. Genome erosion in a nitrogen-fixing vertically transmitted endosymbiotic multicellular cyanobacterium. PLoS One.

Artikeln finns att ladda ner på: http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0011486

Kontaktperson
Birgitta Bergman, Botaniska institutionen, Stockholms universitet, tfn 070-6441305, 08-163751, e-post birgitta.bergman@botan.su.se

Bild på Birgitta Bergman finns att ladda ner på http://www.su.se/pub/jsp/polopoly.jsp?d=5833&a=24538

Universitetet i huvudstaden – utbildning och forskning på högsta nivå där öppna sinnen möts och utvecklas. Universitetet deltar i regionala, nationella och internationella samarbeten, i debatt och i samhällsutveckling. Här är mer än 50 000 studenter och 6 000 medarbetare verksamma inom humaniora, juridik, naturvetenskap och samhällsvetenskap.
www.su.se