Дріжджі і бактерії синтезують рослинні гормони для боротьби з бур'янами
Рослини регулюють свій ріст і розвиток за допомогою гормонів, в тому числі групи, званої стриголактонами, які запобігають надмірному розпусканню бруньок і розгалуження. Вперше вчені Каліфорнійського університету Ріверсайд синтезували стриголактони з мікробів.
Стриголактони також допомагають корінням рослин формувати симбіотичні відносини з мікроорганізмами, які дозволяють рослині поглинати поживні речовини з ґрунту. Ці два фактори призвели до того, що вчені зацікавилися-як можна використовувати стриголактони для контролю росту бур'янів і кореневих паразитів, а також для поліпшення засвоєння поживних речовин.
Однак застосування гормонів можуть привести і до негативних наслідків. Вчені ще не до кінця вивчили фізіологічну роль, яку відіграє ця різноманітна група гормонів в рослинах. До недавнього часу виробництво чистих стриголактонів для наукових досліджень було складним і занадто дорогим для використання в сільському господарстві.
"Наша робота надає унікальну платформу для дослідження біосинтезу та еволюції стриголактону та закладає основу для розробки процесів мікробної біопродукції стриголактону як альтернативного джерела", - говорить Янран Лі, доцент кафедри хімічної та екологічної інженерії Каліфорнійського університету в Ріверсайді.
Разом з іншим дослідником, Кан Чжоу з Національного університету Сінгапуру, Лі керував групою вчених, яка вставляла рослинні гени, пов'язані з виробництвом стриголактону, в звичайні пекарські дріжджі і непатогенні бактерії Escherichia coli, які разом виробляли цілий ряд стриголактонів.
Отримання гормонів з дріжджів виявилося складним завданням. Хоча відомо, що дріжджі модифікують попередника стриголактону, який називається карлактоном, він не зміг синтезувати карлактон з жодним із специфічних генів, що використовуються дослідниками.
"Цей проект розпочався на початку 2018 року, але протягом більш ніж 20 місяців практично не було ніякого прогресу. Фермент DWRF27 не працював, як би ми не старалися", - сказав Лі.
Тоді команда почала застосовувати в експериментах кишкову паличку, яка, як вже було показано, здатна виробляти карлактон. Однак отриманий гормон був нестабільний і не міг бути додатково модифікований штучною кишковою паличкою в будь-які стриголактони. Групі Лі вдалося оптимізувати і стабілізувати попередник карлактона.
Коли дріжджі і бактерії культивувалися разом в одному середовищі, E. coli і дріжджі працювали як одна команда: E. coli виробляла карлактон, а дріжджі перетворювали його в різні кінцеві продукти стриголактону. Цей метод також дозволив отримати достатню кількість стриголактонів для вилучення та вивчення. Використовуючи даний метод, вдалося визначити функцію декількох ферментів біосинтезу стриголактону, довівши, що апельсин і виноград мають потенціал для синтезу стриголактонів типу оробанчола.
Команда також розробила метаболізм мікробів, щоб збільшити виробництво стриголактону в три рази до 47 мікрограмів на літр, що достатньо для наукових досліджень. Хоча до комерційного виробництва стриголактонів ще далеко, новий метод їх біосинтезу за допомогою консорціуму дріжджових бактерій допоможе вченим більше дізнатися про цю важливу групу рослинних гормонів, особливо про задіяні ферменти.
Ферменти є білковими каталізаторами і відповідають за модифікацію карлактону дріжджами. Оскільки карлактон нестабільний, його не можна придбати з комерційних джерел. В результаті багато вчених-рослинників мають труднощі з вивченням нових ферментів, які можуть працювати для перетворення карлактону в стриголактони.
"Нова спільна культура дріжджів і бактерій надає вченим зручний спосіб завершити таку роботу, тому що бактерія виробляє карлактон на місці», - пояснив Чжоу. «З відкриттям більшої кількості ферментів і оптимізацією мікробного консорціуму ми зможемо виробляти стриголактони у великій кількості в майбутньому".
Також читайте: