Các loại cây họ đậu như đậu Hà Lan và các loại đậu khác hình thành mối quan hệ cùng có lợi (cộng sinh) với vi khuẩn cố định đạm, vi khuẩn ở nốt rễ rhizobia. Cây được hưởng lợi từ việc cung cấp nitơ được cố định từ không khí bởi rhizobia, trong khi vi khuẩn được hưởng lợi từ môi trường bảo vệ bên trong các cấu trúc đặc biệt, được gọi là nốt sần, cung cấp chất dinh dưỡng từ cây chủ. Một loại cộng sinh khác được hình thành giữa rễ của nhiều loài thực vật và nấm đất, được gọi là nấm mycorrhizal. Cả hai loại tương tác vi khuẩn thực vật phức tạp đều rất quan trọng để cung cấp dinh dưỡng cho cây, nhưng nhiều chi tiết về cách thức các cộng sinh này phát triển vẫn chưa rõ ràng.

Các nhà nghiên cứu của Đại học Tsukuba, hợp tác với hai trường đại học Nhật Bản khác, đã tiết lộ một phần quan trọng trong các cơ chế kiểm soát các quá trình phát triển đằng sau sự cộng sinh của rễ với vi khuẩn. Nhóm nghiên cứu đã xác định được một gien quan trọng trong việc kiểm soát cách rễ cây họ đậu thiết lập chỗ ở tế bào cho vi khuẩn rhizobia, được mô tả trong một ấn phẩm gần đây trên PLOS Genetic.

Khi gien bị ngừng hoạt động trong một cây đột biến, các rễ tạo ra các nốt cố định đạm ít hơn đáng kể vì con đường xâm nhập (nội bào) thông thường của vi khuẩn, được gọi là sợi nhiễm, không phát triển đúng cách trong các tế bào rễ. Tuy nhiên, một số lượng nhỏ các nốt sùi phát triển, muộn hơn một vài tuần so với bình thường, khi vi khuẩn xâm nhập bằng một con đường khác giữa các tế bào rễ.

Nhóm nghiên cứu đặt tên cho gien bị thiếu chỗ ở cộng sinh là lan. Họ chỉ ra gien này bị ngừng hoạt động ở cây đột biến và thấy nó có liên quan mật thiết đến một gien ở các loài thực vật khác. Nó được cho là mã hóa một protein hoạt động trong một phức hợp các protein điều hòa khác để kiểm soát sự biểu hiện của nhiều gien và quy trình. Đây là báo cáo đầu tiên về sự tham gia của gien trong việc kiểm soát các tương tác giữa vi khuẩn và thực vật.

Tác giả Takuya Suzaki nói: “Chúng tôi đã sử dụng mô hình cây họ đậu Lotus japonicus, chúng phát triển và sinh sản nhanh chóng và có bộ gien nhỏ hơn, đơn giản hơn hầu hết các loại cây trồng. Phương pháp nghiên cứu của chúng tôi bao gồm chỉnh sửa gien, nghiên cứu giải phẫu thực vật bằng kính hiển vi bằng cách sử dụng thuốc nhuộm huỳnh quang, giải trình tự bộ gien và sản xuất cây đột biến bằng cách sử dụng các công nghệ chỉnh sửa gien mới nhất”.

Gien lan rất quan trọng không chỉ đối với sự cộng sinh với rhizobia. Nhóm nghiên cứu đã chỉ ra rằng gien này cũng cần thiết để thiết lập sự cộng sinh với nấm bệnh.

Suzaki nói: “Nghiên cứu này cho thấy một hệ thống điều khiển duy nhất hoạt động trong việc thiết lập hai loại cộng sinh hoàn toàn khác nhau rất quan trọng đối với dinh dưỡng thực vật. Kết quả của chúng tôi có ý nghĩa rộng hơn để hiểu cách thức các quá trình phát triển của thực vật được phối hợp, từ đó giúp tăng năng suất cây trồng”.