Các loại đậu (ví dụ như đậu Hà Lan) hình thành mối quan hệ cộng sinh với vi khuẩn cố định đạm và rhizobia. Cây được cung cấp nitơ từ trong không khí nhờ rhizobia. Ngược lại, vi khuẩn được lợi khi khu trú bên trong các cấu trúc đặc biệt (nốt sần) cung cấp chất dinh dưỡng từ cây chủ. Một loại cộng sinh khác cũng hình thành giữa rễ của nhiều loài thực vật và nấm đất (nấm mycorrhizal). Cả hai loại tương tác với vi khuẩn này của thực vật rất quan trọng để cung cấp dinh dưỡng cho cây.
Các nhà nghiên cứu của Đại học Tsukuba, hợp tác với hai trường đại học Nhật Bản khác, đã khám phá 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 gen quan trọng kiểm soát cách rễ cây họ đậu tạo chỗ ở tế bào cho vi khuẩn rhizobia. Nghiên cứu này được giới thiệu trênTạp chí PLOS Genetic.
Khi gen bị bất hoạt trong một cây đột biến, rễ tạo ra số nốt sần ít hơn, con đường xâm nhập (nội bào) của vi khuẩn không phát triển như thông thường trong các tế bào rễ. Tuy nhiên, vẫn có một số ít các nốt sần phát triển chậm hơn một vài tuần so với bình thường, khi vi khuẩn xâm nhập qua con đường giữa các tế bào rễ.
Nhóm nghiên cứu đặt tên cho gen không hoạt động là (lan). Họ thấy rằng nó bị bất hoạt ở cây đột biến và có liên quan mật thiết đến một gen ở các thực vật khác. Gen này được cho là mã hóa một protein hoạt động trong các protein điều hòa khác để kiểm soát biểu hiện của nhiều gen và quy trình khác. Đây là kết quả đầu tiên về sự tham gia của gen trong việc kiểm soát các tương tác giữa vi khuẩn và thực vật.
"Chúng tôi sử dụng mô hình cây họ đậu Lotus japonicus, chúng phát triển và sinh sản nhanh chóng và có bộ gen nhỏ hơn, đơn giản hơn hầu hết các loại cây trồng", Takuya Suzaki, một tác giả nghiên cứu nói. "Phương pháp nghiên cứu của chúng tôi bao gồm chỉnh sửa gen, nghiên cứu giải phẫu thực vật bằng kính hiển vi sử dụng thuốc nhuộm huỳnh quang, giải trình tự bộ gen và tạo ra cây đột biến bằng cách sử dụng các công nghệ chỉnh sửa gen mới nhất."
Gen lan rất quan trọng không chỉ đối với sự cộng sinh với rhizobia. Nhóm nghiên cứu thấy rằng, gen này cũng cần để tạo ra khả năng cộng sinh với nấm mycorrhizal.
"Nghiên cứu này cho thấy hệ thống kiểm soát hai nhóm cộng sinh hoàn toàn khác biệt, rất quan trọng đối với dinh dưỡng thực vật", Suzaki nói. "Kết quả của chúng tôi giúp hiểu rõ hơn cách phối hợp các quá trình phát triển của thực vật."