根粒
『マメ科植物の根粒と側根の発達は共通した遺伝子が制御することを発見』(プレスリリース)基礎生物学研究所、理化学研究所、2019年11月22日。https://www.nibb.ac.jp/press/2019/11/22.html。2022年12月30日閲覧。
林誠「共生のしくみ -植物と土壌微生物の遺伝子ネットワーク」『季刊「生命誌」』第44号、JT生命誌研究館、2004年。https://www.brh.co.jp/publication/journal/044/research_21。2022年11月28日閲覧。
窒素は核酸やタンパク質の構成成分であり、すべての生物にとって必須の元素である。窒素は窒素分子(N2)の形で空気中に大量に存在(容量比で78%)するが、これを直接利用できる生物は原核生物の一部に限られている。根粒菌は窒素分子を固定し、植物が利用可能なアンモニアを供給する。窒素固定には大量のエネルギー(ATP)が必要であり、これを代謝する酵素であるニトロゲナーゼ(nitrogenase)は酸素に触れると失活する。根粒菌は酸素呼吸によってATPを得ているため酸素が必要であるが、ニトロゲナーゼを保護するためには酸素を遮断する必要がある。そのため、マメ科の根粒ではレグヘモグロビンによって好適な酸素濃度が維持されている。レグヘモグロビンは酸素親和性が極めて高いが、根粒菌の細胞膜上に存在するシトクロムオキシダーゼはさらに親和性が高く、低酸素濃度での酸素呼吸を可能にしている。この少量の酸素は根粒菌の細胞膜で消費されるため、ニトロゲナーゼが働く細胞内部は嫌気的状態に保たれる。