リゾビウムは、大気中の窒素を固定する能力を持つ細菌の属です。一般的に、窒素を固定する能力を持つ細菌は根粒菌として知られています。植物と微生物のこれらの関係は広範囲にわたって研究されてきました。
これらの原核生物は、さまざまな植物と共生関係にあります。豆、アルファルファ、レンズ豆、大豆などのマメ科植物です。
出典：Stdout、Wikimedia Commons経由
それらは特にその根に関連しており、必要な窒素を植物に提供します。植物は、その一部として、バクテリアに避難場所を提供します。この密接な共生関係により、レグヘモグロビンと呼ばれる分子が分泌されます。この共生により、生物圏でかなりの割合のN 2が生成されます。
この関係では、細菌は根に結節の形成を引き起こし、いわゆる「バクテロイデス」によって区別されます。
この細菌属で行われた研究のほとんどは、その共生状態と植物との関係のみを考慮に入れています。このため、細菌の個々のライフスタイルと土壌微生物叢の構成要素としてのその機能に関する情報はほとんどありません。
特徴
リゾビウム属の細菌は、主に窒素を固定し、植物との共生関係を確立する能力で知られています。実際、それは自然界に存在する最も劇的な関係の1つと考えられています。
それらは従属栄養であり、有機物からエネルギー源を取得しなければならないことを示しています。リゾビウムは好気性条件下で正常に増殖し、25〜30°Cの温度と6または7の最適pHで結節が形成されます。
ただし、窒素固定プロセスでは、ニトロゲナーゼ（プロセスを触媒する酵素）を保護するために低濃度の酸素が必要です。
大量の酸素に対処するために、ヘモグロビンに似たタンパク質があり、プロセスに介入する可能性のある酸素を隔離する役割を果たします。
これらの原核生物がマメ科植物と確立する共生関係は、生態学的および経済的影響が大きいため、この非常に具体的な関係に関する広範な文献があります。
感染プロセスは単純ではなく、細菌と植物が細胞分裂活動、遺伝子発現、代謝機能、形態形成に相互に影響を与える一連のステップが含まれます。
感染プロセス
これらの細菌は、微生物と植物の間で発生する相互作用を理解するための優れた生物学的モデルです。
根粒菌は土壌に見られ、根に定着して植物に侵入します。表皮の小さな溶解物を介して感染することも可能ですが、一般的に定着は根毛で始まります。
バクテリアがなんとか植物の内部に侵入したとき、それは通常植物の細胞内空間にしばらく留まります。結節が発達するにつれて、根粒菌はこれらの構造の細胞質に入る。
結節の発生と種類
結節の発生には、両方の生物における一連の同期イベントが含まれます。結節は、確定的および不確定に分類されます。
前者は内皮質の細胞分裂に由来し、持続的な頂端分裂組織を持っています。それらは、円筒形の形状と2つの異なる領域を持つことを特徴としています。
一方、決定された結節は、根皮質の中央または外側部分の細胞分裂に起因する。これらの場合、永続的な分裂組織はなく、その形状はより球形です。成熟した結節は、細胞の成長によって発生する可能性があります。
バクテロイドの形成
結節では、バクテロイデスへの分化が起こります：N 2固定型。バクテロイデスは植物膜とともにシンビオソームを形成します。
これらの微生物-植物複合体では、植物が炭素とエネルギーを供給する役割を果たし、細菌はアンモニアを生成します。
自由生活細菌と比較して、細菌は、そのトランスクリプトーム、細胞構造全体、および代謝活動において一連の変化を受けます。これらの変更はすべて、細胞内環境に適応するために行われ、その唯一の目的は窒素固定です。
植物は細菌によって分泌されたこの窒素化合物を取り、アミノ酸などの必須分子の合成に使用できます。
ほとんどのリゾビウム種は、感染する可能性のある宿主の数において非常に選択的です。いくつかの種は1つだけのホストがあります。対照的に、少数の細菌は無差別であり、潜在的な宿主のスペクトルが広いという特徴があります。
根粒菌と根の間の魅力
細菌とマメ科植物の根の間の誘引は、根から滲み出る化学物質によって媒介されます。細菌と根が近づくと、分子レベルで一連のイベントが発生します。
根のフラボノイドは細菌にnod遺伝子を誘導します。これは、LCOまたはnod因子として知られているオリゴ糖の生産につながります。LCOは、根毛のリジンモチーフによって形成される受容体に結合し、シグナル伝達イベントを開始します。
うなずく以外にも、exo、nif、fixなどの共生プロセスに関与する遺伝子があります。
レグヘモグロビン
レグヘモグロビンは、根粒菌とマメ科植物の間の共生関係の典型であるタンパク質分子です。名前が示すように、それはよりよく知られたタンパク質であるヘモグロビンに非常に似ています。
その血液類似体と同様に、レグヘモグロビンは酸素に対して高い親和性を持っているという特徴があります。結節で発生する結合プロセスは高濃度の酸素によって悪影響を受けるため、タンパク質はそれを保持してシステムを適切に動作させ続ける責任があります。
分類
Rhizobiumの約30種が知られており、Rhizobium cellulosilyticumとRhizobium leguminosarumが最もよく知られています。これらは、他の属にも属しているRhizobiaceaeファミリーに属しています：Agrobacterium、Allorhizobium、Pararhizobium、Neorhizobium、Shinella、およびSinorhizobium。
順序はRhizobiales、クラスはAlphaproteobacteria、Phyum Proteobacteria、王国Bacteriaです。
形態学
根粒菌はマメ科植物の根に選択的に感染する細菌です。それらはグラム陰性であることを特徴とし、動く能力を有し、それらの形状は杖を連想させる。その寸法は、幅が0.5〜0.9マイクロメートル、長さが1.2〜3.0マイクロメートルです。
これは、土壌に存在する自由な形態と植物宿主内の共生形態の2つの形態を示すことにより、土壌に生息する他の細菌とは異なります。
コロニーの形態とグラム染色の他に、リゾビウム属の細菌を特定できる他の方法があります。これらには、カタラーゼ、オキシダーゼなどの栄養利用試験が含まれます。炭素と窒素の使用。
同様に、分子マーカーの適用など、分子テストが識別に使用されています。
生息地
一般に、Rhizobiaaceae科に属するRhizobiaは、主にマメ科の植物と関連しているという特異性を示す。
マメ科は、マメ科植物-穀物、レンズ豆、アルファルファを含み、美食の価値で知られているいくつかの種に言及しています。家族は被子植物に属し、3番目に多い家族です。それらは熱帯から北極圏に至るまで、世界に広く分布しています。
非マメ科植物の1種のみがリゾビウムと共生関係を確立することが知られています：カンナバエ科の植物の属であるParasponea。
さらに、微生物と植物の間に確立できる関連の数は、多くの要因に依存します。時々、協会は細菌の性質と種によって制限されますが、他の場合では、それは植物に依存します。
一方で、バクテリアは自由な形で、根粒形成過程が起こるまで、土壌の自然な植物相の一部です。豆類と根粒菌は土壌に存在しますが、共生のメンバーの系統と種が適合している必要があるため、根粒の形成は保証されないことに注意してください。
メリットとアプリケーション
窒素固定は重要な生物学的プロセスです。これは、N 2の形で大気中の窒素の取り込みを伴い、NH 4 +に還元されます。このように、窒素は生態系に入り、利用することができます。このプロセスは、陸上、淡水、海洋、北極圏など、さまざまなタイプの環境で非常に重要です。
窒素は、ほとんどの場合、作物の成長を制限し、制限成分として機能する要素のようです。
商業的な観点から、根粒菌は窒素を固定する能力があるため、農業のエンハンサーとして使用できます。このため、これらの細菌の接種プロセスに関連する取引があります。
リゾビウムの接種は、植物の成長、それが生産する種子の重量と数に非常に良い影響を与えます。これらの利点は、豆類を使った数十の研究によって実験的に証明されています。
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