Rhizobium Symbiont

Hülsenfrüchte werden seit der Antike als Nahrungsquelle angebaut (Erbsen, Sojabohnen, Luzerne usw.). Sie sind auch für die Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit von Interesse und dienen als Pionierart für stickstoffarme Böden. Die positive Rolle einer Bakterienfamilie, der Rhizobien, wurde erst vor kurzem entdeckt.

Stickstoff ist ein wesentliches Element für die Pflanzenentwicklung. Es ist in der Atmosphäre in Form von N2 (Distickstoff) sehr reichlich vorhanden. Allerdings sind Pflanzen nicht in der Lage, Stickstoff in gasförmiger Form aufzunehmen. Sie können es nur in gelöster Form (Nitrat) aufnehmen.

Hier kommen Bakterien vom Rhizobium-Typ ins Spiel. Diese stickstofffixierenden Bakterien sind in der Lage, diesen Distickstoff in NO₃- (Nitrat) oder NH₄+ (Ammoniumion) umzuwandeln, die von der Pflanze aufgenommen werden können. Diese Umwandlung ist energieaufwendig, da die Dreifachbindung N≡N sehr stabil ist. Bei der Rhizobien-Symbiose ist die Pflanze die Quelle, die die notwendige Energie in Form von Kohlenhydraten aus der Photosynthese bereitstellt. Es braucht nicht weniger als 16 ATP, um ein N≡N-Molekül zu reduzieren

N₂ + 8H⁺ + 8e^- + 16 ATP → 2 NH₃ + H₂ + 16 ADP

Kürzlich wurde entdeckt, dass zwischen der Wurzel und dem Rhizobium ein echter molekularer Dialog stattfindet. Um den Knötchenbildungsprozess anzuregen, sondert die Pflanze Flavonoide in den Boden ab, die vom Rhizobium über ein regulatorisches Protein wahrgenommen werden. Als Reaktion darauf löst Rhizobium die Expression von Genen aus, die den Knötchenbildungsprozess initiieren.