Существует несколько гипотез, как эволюционировали азотфиксирующие симбиозы растений и бактерий. 12

Одна из гипотез предполагает, что азотфиксирующие симбионты растений возникли из почвенных микроорганизмов, способных к самостоятельному усваиванию атмосферного азота. 12

Другая гипотеза связывает возникновение симбиоза с бактериями-сателлитами грибов Glomeromycota, которые образуют с растением-хозяином эндомикоризу. 12 В этом случае бактерии перешли от гриба непосредственно в ткани растения и могли получить от гриба гены хитин-подобных сигнальных факторов, необходимых для развития симбиоза. 12

Формирование клубеньковых структур, по-видимому, происходило путём миграции бактерий в подземные запасающие органы растения. 12

Эволюция эффективности питания растений-хозяев могла идти двумя путями: 1

1. Повышение азотфиксирующей активности бактерий. 12
2. Дифференцировка и специализация клеток клубенька с изменением способа ассимиляции (усвоения) азота. 12

На поздних этапах эволюции симбиоза у быстрорастущих ризобий (Rhizobium, Sinorhizobium) возникла способность к трансформации в нежизнеспособные бактероиды, обладающие чрезвычайно высокой N2-фиксирующей активностью. 5