Ученые придумали, как заставить сотрудничать микробы для синтеза гормонов
Гормоны, регулирующие рост и развитие растений, смогли получить с помощью микробов ученые Калифорнийского университета. Об этом 23 сентября пишет издание Agropages.
Растения регулируют свой рост и развитие с помощью гормонов, в том числе группы, называемой стриголактонами, которые предотвращают чрезмерное распускание почек и ветвление. Впервые ученые смогли добиться синтеза стриголактонов микробами. Работа опубликована в журнале открытого доступа Science Advances.
Стриголактоны также помогают корням растений формировать симбиотические отношения с микроорганизмами, которые позволяют растению поглощать питательные вещества из почвы. Эти два фактора привели к интересу сельского хозяйства к использованию стриголактонов для контроля роста сорняков и корневых паразитов, а также для улучшения усвоения питательных веществ.
Эти соединения для выдавливания корней не обходятся без риска. Они также стимулируют прорастание сорняков, которые могут привести к гибели ценных зерновых культур, что делает тщательные исследования необходимыми до начала коммерческой разработки. Ученые все еще изучают физиологические роли, которые играет эта разнообразная группа гормонов в растениях. До недавнего времени производство чистых стриголактонов для научных исследований было сложным и слишком дорогостоящим для использования в сельском хозяйстве.
«Наша работа предоставляет уникальную платформу для исследования биосинтеза и эволюции стриголактона и закладывает основу для разработки процессов биопродукции микроорганизмов стриголактона в качестве альтернативного источника», — сказал автор исследования Янран Ли, доцент кафедры химической и экологической инженерии Калифорнийского университета в Риверсайде.
Вместе с соавтором Кан Чжоу из Национального университета Сингапура Ли руководил группой, которая внедрила растительные гены, связанные с производством стриголактона, в обычные пекарские дрожжи и непатогенные бактерии Escherichia coli, которые вместе производили целый ряд стриголактонов.
«Этот проект начался в начале 2018 года, но в течение более чем 20 месяцев в основном не было никакого прогресса. Фермент-хранитель DWRF27 не работает, как бы мы ни старались в дрожжах», — сказал Ли.
«Кан разработал метод микробного консорциума для производства прекурсора таксола в 2015 году, и это вдохновило нас на это замечательное сотрудничество».
Команда обратилась к кишечной палочке, которая, как уже было показано, способна вырабатывать карлактон. Однако карлактон, который он производил, был нестабильным и не мог быть дополнительно модифицирован искусственной кишечной палочкой в какие-либо стриголактоны. Группе Ли удалось оптимизировать и стабилизировать прекурсор карлактона.
К их радости, когда дрожжи и бактерии культивировались вместе в одной среде, E. coli и дрожжи работали как одна команда. E. coli производила карлактон, а дрожжи превращали его в различные вариации стриголактона. Этот метод также позволил получить достаточное количество стриголактонов для извлечения и изучения. Используя эту платформу, группа определила функцию нескольких биосинтетических ферментов стриголактона, показав, что сладкий апельсин и виноград обладают потенциалом для синтеза стриголактонов типа оробанхола.
Команда также разработала метаболизм микробов, чтобы увеличить производство стриголактона в три раза до 47 микрограммов на литр, что достаточно для научных исследований. Хотя до коммерческого производства стриголактонов еще далеко, новый метод их биосинтеза из консорциума дрожжевых бактерий поможет ученым узнать больше об этой важной группе растительных гормонов, особенно об участвующих ферментах.
Ферменты являются белковыми катализаторами и отвечают за модификацию карлактона дрожжами. Поскольку карлактон нестабилен, его нельзя приобрести из коммерческих источников. В результате многие ученые-растениеводы испытывают трудности с изучением новых ферментов, которые могут работать для превращения карлактона в стриголактоны.
«Новая совместная культура дрожжевых бактерий обеспечивает ученым удобный способ для завершения таких работ, потому что бактерия производит карлактон на месте», — сказал Чжоу.
«С получением большего количества ферментов и оптимизацией микробного консорциума мы сможем производить стриголактоны в большом количестве в будущем».
