Um debate centenário sobre como as bactérias fixadoras de nitrogênio rompem as paredes celulares das leguminosas foi resolvido por uma equipe de pesquisa liderada pelo Joint BioEnergy Institute (JBEI) do Departamento de Energia. As descobertas da equipe, publicadas no Proceedings of the National Academy of Sciences, fornecem novos insights sobre os mecanismos moleculares subjacentes à relação simbiótica entre leguminosas e rizóbios, e podem levar ao desenvolvimento de culturas fixadoras de nitrogênio mais eficientes.

A fixação de nitrogênio é o processo pelo qual o nitrogênio atmosférico é convertido em amônia, que pode então ser usada pelas plantas para produzir proteínas e outros compostos contendo nitrogênio. Este processo é essencial para o crescimento das plantas, mas também consome muita energia. As leguminosas desenvolveram uma relação simbiótica com os rizóbios, que são bactérias que vivem em nódulos nas raízes das leguminosas e convertem o nitrogênio atmosférico em amônia.

O debate sobre como os rizóbios rompem as paredes celulares das leguminosas já dura mais de 125 anos. Alguns cientistas acreditam que os rizóbios utilizam um processo denominado “degradação da parede celular”, no qual secretam enzimas que destroem as paredes celulares da planta. Outros acreditam que os rizóbios utilizam um processo denominado “invasão”, no qual penetram fisicamente nas paredes celulares da planta.

Em seu estudo, a equipe do JBEI usou uma combinação de microscopia e técnicas de biologia molecular para mostrar que os rizóbios usam tanto a degradação quanto a invasão da parede celular para romper as paredes celulares das leguminosas. A equipe descobriu que os rizóbios primeiro secretam enzimas que quebram as paredes celulares da planta e depois usam essas enzimas para criar canais através dos quais podem penetrar fisicamente nas paredes celulares.

Esta descoberta tem implicações importantes para o desenvolvimento de culturas fixadoras de nitrogênio mais eficientes. Ao compreender como os rizóbios rompem as paredes celulares das leguminosas, os cientistas podem conceber culturas mais resistentes à infecção por rizóbios, o que poderá levar a um aumento da fixação de azoto e a melhores rendimentos das culturas.

“Este estudo fornece uma nova compreensão dos mecanismos moleculares subjacentes à relação simbiótica entre leguminosas e rizóbios”, disse o diretor do JBEI, Jay Keasling. “Este conhecimento poderá levar ao desenvolvimento de culturas fixadoras de azoto mais eficientes, o que poderá ter um grande impacto na segurança alimentar global”.