Logo bio-infomedia.ro

Drojdiile și bacteriile produc hormoni ai plantelor pentru combaterea buruienilor

Frunze
Foto: CC0 PUBLIC DOMAIN
  • Hormonii din grupul strigolactonelor previn înmugurirea și ramificarea excesivă a plantelor și ajută rădăcinile să formeze relații de simbioză cu diferite microorganisme, care permit plantei să absoarbă nutrimentele din sol.
  • Fabricarea strigolactonelor pure pentru studii științifice a fost dificilă și prea costisitoare pentru utilizarea în agricultură, însă o nouă co-cultură drojdii-bacterii oferă o modalitate convenabilă oamenilor de știință de a finaliza astfel de lucrări.

Plantele își reglează creșterea și dezvoltarea cu ajutorul hormonilor, inclusiv un grup numit strigolactone, compuși care previn înmugurirea și ramificarea excesive. Pentru prima dată, oamenii de știință de la Universitatea California - Riverside au sintetizat strigolactone din microbi. Lucrarea este publicată în jurnalul Science Advances.

Strigolactonele ajută, de asemenea, rădăcinile plantelor să formeze relații simbiotice cu microorganisme care permit plantei să absoarbă nutrimentele din sol. Acești doi factori au condus la interesul agricol în utilizarea strigolactonelor pentru a controla creșterea buruienilor și a paraziților rădăcinii, precum și la îmbunătățirea absorbției nutrimentelor.

Însă untilizarea acestor compuși nu este lipsită de riscuri. Ei stimulează germinarea ciupercilor și a altor paraziți, care pot provoca distrugerea unor culturi întregi de cereale, făcând esențiale cercetări aprofundate înainte de dezvoltarea comercială. Oamenii de știință încă învață despre rolurile fiziologice pe care le joacă acest grup divers de hormoni din plante. Până de curând, fabricarea strigolactonelor pure pentru studii științifice a fost dificilă și prea costisitoare pentru utilizarea în agricultură.

Activitatea noastră de cercetare oferă o platformă unică pentru a studia biosinteza și evoluția strigolactonei și pune bazele dezvoltării proceselor de bioproducție microbiană a strigolactonei ca sursă alternativă, spune Yanran Li, profesor asistent de ingineria mediului la Universitatea Californai - Riverside și autor corespondent al studiului.

Împreună cu autorul corespondent Kang Zhou de la Universitatea Națională din Singapore, Li a condus un grup care a inserat gene de plante asociate cu producția de strigolactonă în drojdia de panificație obișnuită și în bacteriile Escherichia coli nepatogene, care au produs împreună o serie de strigolactone.

Producerea de strigolactone din drojdie s-a dovedit o adevărată provocare. Deși se știe că drojdia modificată genetic alterează precursorul strigolactonei, denumit carlactonă, aceasta nu a putut sintetiza carlactonă cu niciuna dintre genele specifice utilizate de cercetători.

Acest proiect a început în anul 2018, însă, în decursul a peste 20 de luni, practic nu s-au înregistrat progrese. Enzima DWRF27 nu este funcțională, indiferent ce am încerca, spune Li. Kang a dezvoltat o tehnică de consorțiu microbian pentru a produce un precursor Taxol, în 2015, care a inspirat această colaborare minunată.

Echipa s-a îndreptat către E. coli, care fusese deja capabilă să producă carlactonă. Cu toate acestea, carlactona pe care a produs-o a fost instabilă și nu a putut fi transformată ulterior în strigolactonă de către E. coli modificată genetic. Grupul lui Li a reușit să optimizeze și să stabilizeze precursorul carlactonei.

Spre bucuria cercetătorilor, atunci când drojdia și bacteriile au fost cultivate împreună în același mediu, E. coli și drojdia au lucrat ca o echipă: E. coli a sintetizat carlactonă, iar drojdia a transformat-o în diverse produse finale de strigolactonă. Metoda a produs, de asemenea, suficiente strigolactone pentru a fi extrase și studiate. Folosind această platformă, grupul a identificat mai multe enzime biosintetizante de strigolactonă.

De asemenea, echipa a modificat metabolismul microbilor pentru a spori producția de strigolactonă de trei ori, până la 47 micrograme pe litru, suficient pentru studii științifice. Deși producția comercială de strigolactone este încă departe, noua metodă de biosinteză a acestora dintr-un consorțiu drojdie-bacterie va ajuta oamenii de știință să afle mai multe despre acest grup important de hormoni vegetali, în special enzimele implicate.

Enzimele sunt catalizatori proteici și sunt responsabile de modificarea carlactonei de către drojdie. Deoarece carlactona este instabilă, nu poate fi cumpărată din surse comerciale. Drept urmare, mulți oameni de știință întâmpină dificultăți în studierea noilor enzime care pot funcționa pentru a transforma carlactona în strigolactone.

Noua co-cultură drojdie-bacterie oferă o modalitate convenabilă oamenilor de știință de a finaliza astfel de lucrări, deoarece bacteria produce carlactonă in situ, spune Zhou. Odată cu descoperirea mai multor enzime și optimizarea consorțiului microbian, în viitor vom putea fabrica strigolactone în cantități semnificative.

Source Sursa: phys.org
Text: Holly Ober



Din aceeași categorie