Die Nodulation in Leguminosen ist Teil einer rhizobakteriellen Symbiose, die eine Stickstofffixierung innerhalb der Wurzeln der Pflanze ermöglicht. Die Knötchenentwicklung wird durch rhizobiale Signalgebung induziert, die mit interagiert phytohormonelle Regulation in der Anlage. In den Wurzeln werden die Knötchenorganogenese und das Fortschreiten der Infektion durch Cytokinin und Auxin reguliert, aber der Mechanismus dieser Regulation ist kaum verstanden.
In einem kürzlich veröffentlichten Artikel in Annals of Botany, Hauptautorin Elena A. Dolgikh und Kollegen versuchten, die Funktionen von aufzudecken Cytokinin- und Auxin-Signalweg während der späten Symbioseentwicklung. Die Gruppe untersuchte Mutanten, die in der Produktion bestimmter Transkriptionsfaktoren, die an den späten Stadien der Knötchenbildung beteiligt sind, defekt sind, und analysierte Veränderungen in der Verteilung der beiden Hormone.
Die Forscher fanden heraus, dass die Verteilung von Cytokinin ganz anders aussah, wenn Gene, die an der Entwicklung von Knötchen im Spätstadium beteiligt waren, beeinträchtigt waren. In Wildtyp-Knötchen war Cytokinin durch das Meristem, die Infektionszone und innerhalb der apikalen Region der Stickstofffixierungszone vorhanden, während Auxin im Meristem und peripheren Geweben vorkam. Bei einer Mutante (sym33) in der bakteriellen Akkommodation und Knötchendifferenzierung beeinträchtigt, war Cytokinin weitgehend auf das Meristem beschränkt. Bei einer zweiten Mutante (sym40) defekt in einem wichtigen Transkriptionsfaktor, EFD, die für eine funktionelle Knötchenbildung benötigt werden, wurden Cytokinine nur in der Infektionszone nachgewiesen.
Insgesamt deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass Cytokinine eine Rolle bei der Kontrolle sowohl der bakteriellen Akkommodation als auch der Gewebedifferenzierung im Zusammenhang mit der Knötchenbildung spielen könnten. „Bedeutenderweise sind Cytokinine an der Regulierung der Architektur des Wurzelsystems beteiligt“, schreiben die Autoren. „Im elterlichen Wurzelmeristem sorgt die Cytokinin-Signalgebung für das Gleichgewicht zwischen Zellproliferation und -differenzierung. Cytokinine kontrollieren die Zelldifferenzierungsrate, indem sie die positive Wirkung von Auxin auf die Zellproliferation negativ regulieren.“ Dies deutet auf einen gemeinsamen Mechanismus hinter der Entwicklungsregulierung von Wurzeln und Knollen hin. Die Autoren stellen jedoch fest, dass „die genaue Rolle von Cytokininen in den späten Stadien der Knötchenbildung im Zusammenhang mit der Differenzierung von Pflanzenzellen und Bakteroiden noch aufgeklärt werden muss“.
