Azot to jeden z najważniejszych pierwiastków świata ożywionego budujący najbardziej kluczowe struktury życia: białka i zasady azotowe wchodzące w skład kwasów nukleinowych. W oczywisty sposób jest też niezbędny do wzrostu roślin. Mimo, iż 78 % otaczającego nas powietrza stanowi azot w formie cząsteczkowej (N₂), rośliny nie są w stanie asymilować tej neutralnej formy pierwiastka. Stąd, aby uzyskać pożądany przyrost biomasy, konieczne jest stosowanie nawozów zawierających formy azotu przyswajalne przez rośliny. Nawozy azotowe nie muszą być stosowane w przypadku roślin motylkowych (strączkowych), bowiem żyją one w symbiozie z tzw. bakteriami brodawkowymi (lub endofitami), co od początku lat 90. XX wieku przyjmuje się za kanoniczny przykład tego typu współzależności. Brodawki korzeniowe to narośle zawierające bakterie azotowe, m. in. z rodzaju Rhizobium, które pobierają azot cząsteczkowy ze środowiska i przy pomocy enzymu nitrogenazy metabolizują go do form przyswajalnych przez roślinę, takich jak kation amonowy czy dwutlenek azotu. Rośliny „nawożone” w ten sposób charakteryzują się szybkim przyrostem masy oraz wysoką zawartością białka, co wykorzystuje się w rolnictwie.

Dr Sharon Doty z Uniwersytetu w Waszyngtonie opisała zjawisko, które łamie przyjęty dogmat dotyczący zarówno zakresu gatunkowego symbiozy, jak i jej lokalizacji w brodawkach korzeniowych. W swoich badaniach skupiła się na topolach porastającymi spieczone słońcem piaszczyste tereny subtropikalne. Mimo niekorzystnych warunków drzewa te charakteryzują się niespotykanym tempem przyrostu masy, osiągając 30 metrów wysokości w ciągu niespełna 10 lat. Doty przypisuje tę zdolność mikroorganizmom zasiedlającym liście topoli. Podczas, gdy liście zajęte są pozyskiwaniem energii ze światła słonecznego, bakterie azotowe bytujące w przestrzeniach międzykomórkowych zajmują się wiązaniem azotu cząsteczkowego z atmosfery. Dr Doty zaobserwowała, że mikroorganizmy izolowane z liści i innych tkanek topoli są zdolne do wzrostu w pożywce pozbawionej azotu, co wskazuje na ich zdolność do wiązania azotu atmosferycznego. Do hipotezy Doty przychyla się także dr Carolin Frank, mikrobiolog z Uniwersytetu Kalifornia, która badała bakterie azotowe zasiedlające igły sosny giętkiej porastającej niesprzyjające skaliste tereny Ameryki Północnej. 30-80 % szczepów izolowanych z igieł to szczepy spokrewnione z gatunkami bakterii azotowych. Aktywność mikroorganizmów w strukturach oddalonych od korzeni udowodniono poprzez zlokalizowaną redukcję etynu do etenu, za co odpowiedzialna jest bakteryjna nitrogenaza. Inny badacz, dr Gerald Tuskan z Narodowego Laboratorium Oak Ridge w Tennessee, potwierdza iż niemal 3000 szczepów wyizolowanych z liści topoli wyposażonych jest w nitrogenazę. Sceptycy utrzymują, że enzym ten nie jest aktywny w środowisku bogatym w tlen, jakim są liście. Naukowcy ripostują, że bakterie zorganizowane w strukturę biofilmu są w stanie zapewnić sobie niszę o obniżonej zawartości tlenu.

Dr Doty przeprowadziła badania w warunkach szklarniowych, w których inkubowała nasiona ryżu w pożywce zawierającej endofity z topoli. Rośliny wyrastające z tak traktowanych nasion wykazywały większy przyrost biomasy, były wyższe i produkowały więcej ziaren niż rośliny kontrolne. Ponadto, endofity lokalizowały się we wszystkich strukturach tak wyhodowanego ryżu. Podobne obserwacje dotyczyły także innych gatunków roślin, takich jak trawy, żyto, kukurydza i pomidor. W dobie rolnictwa, które z jednej strony podąża w kierunku upraw ekologicznych, ograniczających sztuczne nawozy, z drugiej zaś musi sprostać potrzebom żywieniowym ponad 7-miliardowej populacji – mikroorganizmy azotowe mogą stanowić bardzo użyteczne i w 100 % naturalne narzędzie w uzyskiwaniu większych plonów.