Siden sidst: Efterårets frugter

Publiceret Oktober 2003

Årets sidste "Siden sidst" dækker kun de to måneder oktober og november, men kan alligevel diske op med artikler i Nature (2), Molecular Cell (1), EMBO Journal (1), PNAS (1) og Molecular and Cellular Biology (1). Nature-artiklerne omhandler igen planters symbiose med nitrogenfikserende bakterier, og selvom vi normalt tilstræber at blande kortene så godt som muligt i Siden sidst, har vi denne gang valgt igen at fortælle en genisoleringshistorie fra plante-bakterie samarbejdet.

Plantereceptorer for bakteriers symbiosesignaler identificeret

Plant recognition of symbiotic bacteria requires two LysM receptor-like kinases.

Nature 425: 585-592 (2003).
S Radutoiu, LH Madsen, EB Madsen, HH Felle, Y Umehara, M Grønlund, S Sato, Y Nakamura, S Tabata, N Sandal, J Stougaard. Aarhus Universitet; Justus Liebig Universität, Tyskland; Kazusa DNA Research Institute, Japan.

A receptor kinase gene of the LysM type is involved in legume perception of rhizobial signals.

Nature 425: 637-640 (2003).
EB Madsen, LH Madsen, S Radutoiu, M Olbryt, M Rakwalska, K Szczyglowski, S Sato, T Kaneko, S Tabata, N Sandal, J Stougaard. Aarhus Universitet; Agriculture and Agri-Food Canada, Canada; Kazusa DNA Research Institute, Japan.

Fiksering af gasformigt dinitrogen til ammoniak i symbiotiske rodknolde på bælgplanter er en proces der kan fascinere et bredt spektrum af videnskabsfolk fra kemikere over molekylærbiologer til økologer. Forståelsen af selve etableringen af symbiosen er imidlertid særdeles mangelfuld. Man ved, at en nitrogenhungrende bælgplante udsender flavonoider, der bl.a. får nitrogenfikserende bakterier til at udsende deres symbiosesignaler, de såkaldte Nod-faktorer. På bakteriesiden ved man en del om hvordan flavonoid-signalet opfanges og hvilke molekylære ændringer det bevirker, mens situationen er noget mere tåget på plantesiden.

Århus-gruppens etablering af Lotus japonicus (Japansk Kælligetand) som genetisk modelsystem for plante-bakteriesymbiosen har vist sig overordentlig frugtbar, og har indtil videre resulteret i kloning af flere vigtige regulatorer af ikke bare kvælstoffikseringssymbiosen, men også af den i planteriget mere udbredte rodsymbiose med svampe, mykorhiza. I disse to artikler i Nature sætter de trumf på ved at isolere to "kongegener", der med stor sandsynlighed koder for receptorer af bakteriernes Nod-faktorer.

Angrebsvinklen er ligefrem genetik, hvor kemisk inducerede symbiosemutanter isoleres ved direkte screening. Herefter igangsættes den lange, seje kamp mod kloning af de tilsvarende gener ved observation af kobling af mutationen til molekylære markører, hvis chromosomale lokalisering kendes eller let kan findes. To symbiosemutanter, nfr1 og nfr5 udviser ikke engang de allertidligste rodændringer induceret af Nod-faktor, kan ikke inducere ekspressionen af symbioserelaterede effektorgener og dobbeltmutantanalyse med andre symbiosemutanter peger på, at nfr1 og nfr5 påvirker signaleringstrin opstrøms for alle andre identificerede symbiosemutanter. Med disse lovende resultater i baghånden går forfatterne i krig med mappingen og får afgrænset genernes positioner til 40-150 kb intervaller. På dette stadium konsulteres japanernes sekventeringsmaskiner og robotter for sekventering af BAC biblioteker, der omfatter de relevante intervaller. I disse intervaller luskes der efter lovende kandidatgener, der så sekventeres i et antal mutant alleler. Dette delvise gætværk viser sig frugtbart for både Nfr1 og Nfr5, idet der identificeres tydelige loss-of-function mutationer i flere alleler for begge gener. De nødvendige komplementationsforsøg udføres og bekræfter identiteten af Nfr1 og Nfr5 generne.

Nfr1 og Nfr5 koder for homologe proteiner med et forudsagt intracellulært serin/threonin protein kinase domæne, et enkelt transmembrant segment og to extracellulære domæner med homologi til LysM-familien af peptidoglycan og chitin-bindende proteiner. Dette giver fantastisk god mening, da Nod faktor-molekylerne er bygget op over et chitin oligosaccharidskelet med en variabel lipid-del.

Både genetiske data og selve strukturen af de isolerede Nfr-gener (receptor kinaser med chitin-bindende extracellulært domæne) peger således på at Nfr1 og Nfr5 er de receptorer, der direkte binder og aktiveres af bakteriernes Nod-faktorer. Til læserens store fortrydelse mangler dog det nok relativt simple biokemiske forsøg det ville være at vise direkte binding af Nod-faktor til de isolerede receptorer ellers deres extracellulære LysM-lignende domæner. Her kan man nok ikke afvise, at en artikel i Science fra en konkurrerende gruppe med et konkurrerende modelsystem (Medicago truncatula) med svært overlappende indhold publiceret en uge efter Stougaard-gruppens Nature-artikler har haft en vis accelererende effekt på publikation af det allerede meget vigtige og imponerende arbejde? 

Andre artikler

Crystal Structure of the 2'-Specific and Double-Stranded RNA-Activated Interferon-Induced Antiviral Protein 2'-5'-Oligoadenylate Synthetase

Molecular Cell 12: 1173-1185 (2003)
R Hartmann, J Justesen, SN Sarkar, GC Sen, VC Yee. Aarhus Universitet; Cleveland Clinic Foundation, USA.

Dysfunctional MreB inhibits chromosome segregation in Escherichia coli.

EMBO Journal 22: 5283-5292 (2003).
T Kruse, J Møller-Jensen, A Løbner-Olesen, K Gerdes. Syddansk Universitet, Odense; Roskilde Universitetscenter.

The dual nature of human extracellular superoxide dismutase: One sequence and two structures.

Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100: 13875-13880.
SV Petersen, TD Oury, Z Valnickova, IB Thøgersen, P Højrup, JD Crapo, JJ Enghild. Aarhus Universitet; Syddansk Universitet; University of Pittsburgh Medical Center, USA; National Jewish Medical and Research Center, Denver, USA.

Diarylurea compounds inhibit caspase activation by preventing the formation of the active 700-kilodalton apoptosome complex.

Mol Cell Biol 23: 7829-7837 (2003)
U Lademann, K Cain, M Gyrd-Hansen, D Brown, D Peters, M Jäättelä.
Kræftens Bekæmpelse; Neurosearch; University of Leicester, UK.