Формування симбіотичного системи

Другим етапом формування симбіотичного системи є інфекція та розвиток бульбочок. У місці різкого вигину волоска пектолітичні ферменти бактерій руйнують клітинну стінку кореня, через яку ризобії проникають всередину. При електронно-мікроскопічних дослідженнях виявлені чіткі зони гідролізу клітинної стінки з адсорбованими ризобіями в місці інфекції. Ризобії можуть володіти пектинолітичною, протеолітичною, β-глюкозидазною активністю, а також активністю кислої і лужної фосфатаз. Доведено, що передує проникненню ризобій розм'якшення стінок кореневих волосків (або кореня) пов'язане з їх здатністю продукувати ферменти пектинруйнуючого комплексу.

Навколо ризобій утворюється порожнина - інфекційна нитка, стінки якої вислані рослинними клітинами, а внутрішній простір заповнений полісахаридами рослини і мікросімбіонта. ‘‘Загальні” nod-гени контролюють процес скручування волосків, а специфічні nod-гени - більш пізню стадію формування інфекційної нитки.

Інфекційна нитка знаходиться у міжклітинному просторі і за 2-3 доби досягає основи кореневого волоска. Одночасно з цими подіями відбувається закладення бульбочкової меристеми внаслідок мітотичної реактивації, диференціації і проліферації клітин кортекса. Ця стадія називається Ced (від англ. Cortical cell division - поділ). Далі починаються процеси гістогенезу, диференціації тканин бульбочки, стадія Ntd (від англ. Nodule tissue differentiation). У кінці цієї стадії вже сформовані покривна, провідна й азотфіксуюча тканини бульбочки. В цей час інфекційна нитка дістається до основи кореневого волоска, проникає в кортекс, а потім у бульбочку. В наступній заключній стадії Ваr (від англ. Bacterial release) відбувається перехід ризобій із інфекційної нитки в рослинну клітину. У місці випинання інфекційної нитки утворюються тимчасові структури - інфекційні краплини, від яких відділяються мембранні кульки, що містять бактерії. Таким чином ризобії всередині рослинної клітини оточені перибакгероїдними мембранами за участю тілець апарату Гольджі та ендоплазматичного ретикулума. Цей комплекс носить назву симбіосома і є основною субклітинною одиницею симбіозу. Після утворення симбіосом ризобії з паличковидної форми переходять у стадію бактероїдів

Мікроорганізми при цьому змінюються: втрачають клітинну стінку, змінюють свої розміри, форму і морфологію. Бактероїди мають в 3-5 разів більші розміри, ніж вільноживучі бактерії. Крім того, всі вони покриваються рослинним білком - леггемоглобіном. У зрілому бульбочку клітини рослини повністю заповнені бактероїдами. Ця стадія називається Bad (від англ. Bacteroid differentiation). У цей період відмічається репресія генів, відповідальних за автономний ріст. У бактероїдах активується синтез нітрогенази, яка каталізує відновлення N2 до NH4, а також ферментів, які обслуговують нітрогеназну реакцію. Після цього починається фіксація атмосферного азоту стадія Nif від англ. Nitrogen fixation. У цей період відбувається активне ділення і диференціація рослинних клітин, у результаті чого тканина кореня розростається і утворюється здуття - бульбочка. Основними одиницями сформованої бульбочки є інфікована ризобіями тканина, провідні пучки для продуктів рослинного фотосинтезу і відтоку продуктів азотфіксації, апікальна меристема, за рахунок якої відбувається ріст бульбочки. Увесь процес інфекції – від інокуляції до утворення бульбочок - триває 3-4 тижні.

Розвиток ризобій у бульбочках контролюється рослиною, тому що неврегульоване розмноження бактерій може нанести шкоду для хазяїна. Після інфікування кореня й утворення бульбочок нодуляція вже не відбувається на молодих коренях, які продовжують рости. При утворенні симбіозу у бобових виявлені процеси, схожі з захисними реакціями рослин при їх пошкодженні фітопатогенними бактеріями: синтез етилену, фенолів, хітиназ, пероксидаз. На відміну від патогенезу, результатом якого є інактивація мікрооорганізму, при симбіозі відбувається регуляція розмноження ризобій. У той же час бульбочкові бактерії також проявляють ряд захисних реакцій щодо рослин. Наприклад, захисною реакцію є синтез екзополісахаридів, який кодується ехо-генами.