Preprečevanje staranja rastlin: zakasnjeno staranje cvetov in listov pri Erinus Alpinus, obdelanih z brezceličnim gojiščem Cistanche

Diskusija

Naši rezultati opisujejo novo strategijo za odložitev staranja cvetov in listovcistanche kulturasupernatanti. Trenutno industrijskocistanche rastje namenjen proizvodnji celic, pri čemer se supernatanti kulture zavržejo. Med tem lahko nastanejo velike količine supernatantacistanche gojenje in odlaganje sta lahko draga in škodljiva za okolje.20 Uporaba odpadkov v kmetijstvucistanche supernatanti lahko obravnavajo gospodarska in okoljska vprašanja, hkrati pa zagotavljajo koristi rasti rastlin. Supernatant iz seva z visoko vsebnostjo lipidovcistanche sp. HS2 je bil najbolj učinkovit pri zakasnitvi staranja (Slika 2b). cistanche sp. HS2 se industrijsko goji v sistemih gojenja na prostem za proizvodnjo biogoriva, hkrati pa se lahko proizvaja supernatant za kmetijsko uporabo.20,25 Brezcelični supernatanti izcistanche spp. gojenje bi bilo mogoče preprosto uporabiti skupaj z gnojili ali vodo v kmetijstvu in vrtnarstvu z uporabo tehnologij namakanja, kot so sistemi kapljičnega namakanja ali škropilni sistemi. Vendar nismo zagotovili jasnih dokazov o načinu delovanja zaučinek proti staranjuna cvetu in listuE. alpinus. Predlagane so štiri hipoteze za razlago zakasnjenega staranja, opaženega pricistanche supernatante smo nanesli naE. alpinuskorenine.

Kliknite tukaj za več informacij o Cistanche za preprečevanje staranja

Prvič, supernatant cistanche se lahko aktivira ali pripraviizražanje antioksidativnih encimov, kar vodi do zmanjšanja reaktivnih kisikovih vrst (ROS) v E. alpinus. ROS delujejo kot notranji sprožilci in signalne molekule med staranjem rastlin, njihovo razgradnjo pa lahko kataliziraantioksidativni encimi.1, 30 C. fusca in njegove potencialne determinante so prej pokazale, da aktivirajo antioksidativno encimsko aktivnost. Namakanje korenin z gojiščem C. fuscapovečal aktivnostodantioksidativni encim superoksid dismutaza(SOD) v sojinih kalčkih.26 Poleg tega so naše prejšnje raziskave pokazale, da D-mlečna kislina, pridobljena iz C. fusca CHK0059-, spodbuja ekspresijo dveh antioksidativnih encimskih genov, alternativne oksidaze 1 (AOX1) in podenote citokrom C oksidaze 2 (COX2), po zdravljenju s flagellinom 22 (flg22) v listih Arabidopsis.20 Priprava antioksidantnega encima D-mlečne kisline se lahko močneje aktivira kot odziv na produkcijo ROS, ki jo sproži flg22-.20 To nakazuje, da namakanje korenin E alpinus s supernatanti cistanche lahko upočasnijo staranje s stimulacijoantioksidativni encimiin zmanjšanje številčnosti ROS.

Drugič, zapoznelo staranje pri E. alpinus je lahko povezano zantioksidativne spojineproizvaja cistanche spp. namesto E. alpinus. Od treh testiranih supernatantov cistanche je supernatant cistanche sp. HS2 je bil najučinkovitejši pri odložitvi staranja rastlin v celotnem 10-tedenskem poskusnem obdobju (slika 2b). cistanche spp. Pred tem je bilo ugotovljeno, da sta ABC001 in HS2 zelo učinkovita seva za proizvodnjo koristnih spojin, kot so specifični lipidi in antioksidativni pigmenti.21–25,31 Zlasti cistanche sp. HS2 je kopičil visoke ravniantioksidativni pigmenti-karotenoid in lutein.25,31 Antioksidantni pigmenti, ki jih proizvaja cistanche sp. HS2 lahko zmanjša ravni ROS med staranjem pri E. alpinus.

Tretjič, aktivacija D-laktat dehidrogenaze (D-LDH) v E. alpinus z D-mlečno kislino, ki jo proizvaja cistanche spp. lahko vpliva na staranje E. alpinus. Prej je bilo dokazano, da D-mlečna kislina, ki jo izloča C. fusca CHK0059, aktivira izražanje D-LDH po zdravljenju s flg22 pri Arabidopsis. 20 V rastlinah D-LDH sodeluje pri razstrupljanju metilglioksala (MG), citotoksične spojine, ki nastane kot stranski produkt glikolize.32 MG lahko sproži mehanizme tolerance abiotičnega stresa in lahko spodbuja staranje.33 Končni produkt razstrupljanja MG je D -laktat, ki ga oksidira D-LDH.32 Izguba funkcije. Mutanti D-LDH pri Arabidopsisu so pokazali preobčutljivost za zdravljenje z eksogenim MG,34 kar dokazuje, da je imela aktivacija D-LDH pomembno vlogo pri znižanju ravni MG. Čeprav podobni mehanizmi niso bili preizkušeni pri E. alpinus, je možno, da lahko zdravljenje E. alpinus s supernatantom cistanche zmanjša ravni MG med staranjem z aktivacijo D-LDH in razstrupljanjem MG.

Četrtič, vloge mimikov rastlinskih hormonov, pridobljenih iz cistanche, ni mogoče izključiti. vrste cistanche lahko proizvedejo avksinu in citokininu podobne molekule, ki so bile prej povezane s staranjem listov.35,36 Naše prejšnje raziskave niso odkrile fitohormonov v supernatantu C. fusca,20 ampak ocena ravni fitohormonov v supernatantih cistanche sp. Zahtevana sta ABC001 in HS2.

Naša študija potrjuje, da supernatanti kulture cistanche vsebujejo komponente proti staranju, ki lahko upočasnijo staranje listov in cvetov, in predlaga, da bi lahko supernatante pridobili iz obstoječih obsežnih sistemov gojenja cistanche in jih ponovno uporabili na kmetijskem področju. To bi zagotovilo dvojno korist zmanjšanja okoljskih in gospodarskih stroškov proizvodnih odpadkov cistanche, hkrati pa bi zagotovilo dolgo življenjsko dobo pri uporabi na koreninskih sistemih kmetijskih in vrtnarskih rastlin. Izboljšanje robustnosti rastlin z uporabo supernatantov cistanche bi lahko tudi potencialno zmanjšalo odvisnost od kemičnih pesticidov in gensko spremenjenih rastlin, kar bi zmanjšalo okoljsko škodo na ravni celotnega ekosistema.

Zahvala

To raziskavo so podprli nepovratna sredstva Centra za napredne raziskave in razvoj biomase (ABC) projekta Global Frontier, ki ga financira Ministrstvo za znanost in IKT ter načrtovanje prihodnosti (ABC-2010-0029728), kooperativni raziskovalni program za kmetijstvo in tehnološki razvoj ( Projekt Agenda št. PJ011707), Uprava za razvoj podeželja in Program pobude KRIBB, Južna Koreja.

Izjava o razkritju

Avtorji nimajo navzkrižja interesov, ki bi ga morali prijaviti.

Financiranje To delo so podprli nepovratna sredstva Centra za napredne raziskave in razvoj biomase (ABC) projekta Global Frontier, ki ga financira Ministrstvo za znanost in IKT ter načrtovanje prihodnosti [ABC-2010-0029728], kooperativni raziskovalni program za kmetijstvo in tehnološki razvoj [ Agenda Project No. PJ011707], in KRIBB Initiative Program, Južna Koreja. ORCID Chang-Ki Shim http://orcid.org/0000-0002-4905-1947

Reference

1. Lim PO, Kim HJ, Gil Nam H. Staranje listov. Annu Rev Plant Biol. 2007;58(1):115–136. doi:10.1146/annurev. plantaža.57.032905.105316.

2. Shahri W, Tahir I. Staranje cvetov: nekateri molekularni vidiki. Planta. 2014; 239 (2): 277–297. doi:10.1007/s00425-013-1984-z.

3. Shibuya K, Ichimura K. Fiziologija in molekularna biologija staranja cvetov. Fiziologija zorenja pridelkov po žetvi. 1. izd. Boca Raton: CRC Press; 2016. str. 109–125.

4. Woo HR, Masclaux-Daubresse C, Lim PO. Staranje rastlin: kako rastline vedo, kdaj in kako umreti. J Exp Bot. 2018; 69 (4): 715–718. doi:10.1093/jxb/ery011.

5. Yadava P, Singh A, Kumar K, Singh I. Staranje rastlin in kmetijstvo. Signalizacija in nadzor staranja v rastlinah. Akademski tisk; 2019. str.283–302. doi:10.1016/B978-0-12- 813187-9.00018-4

6. Veen H, Van de Geijn S. Mobilnost in ionska oblika srebra v povezavi z dolgoživostjo rezanih nageljnov. Planta. 1978; 140 (1): 93–96. doi:10.1007/BF00389386.

7. Reid MS, Wu MJ. Etilen in staranje cvetov. Regulacija rasti rastlin. 1992;11(1):37–43. doi:10.1007/BF00024431.

8. Staby GL, Basel RM, Reid MS, Dodge LL. Učinkovitost komercialnih izdelkov proti etilenu za sveže rezano cvetje. Horttechnology. 1993;3(2):199–202. doi:10.21273/HORTTECH.3.2.199.

9. Van Doorn W. Kategorije staranja in odpadanja cvetnih listov: ponovna ocena. Ann Bot. 2001;87(4):447–456. doi:10.1006/ anbo.2000.1357.

10. Yuan R, Carbaugh DH. Učinki NAA, AVG in 1-MCP na biosintezo etilena, opadanje plodov pred obiranjem, zrelost plodov in kakovost jabolk sort Golden supreme in Golden delicious. HortScience. 2007;42(1):101–105. doi:10.21273/ HORTSCI.42.1.101.

11. Anthony MF, Coggins JCW. Učinkovitost petih oblik 2, 4-D pri nadzoru padca sadja pred žetvijo v citrusih. Sci Hortic. 1999;81(3):267–277. doi:10.1016/S0304-4238(99)00015-1.

12. Nayani S, Mayak S, Glick BR. Vpliv rizobakterij, ki spodbujajo rast rastlin, na staranje cvetnih listov. Indijski J Exp Biol. 1998; 36: 836–839.

13. Ali S, Charles T, Glick B. Zakasnitev staranja cvetov z bakterijskimi endofiti, ki izražajo 1-aminociklopropan-1-karboksilat deaminazo. J Appl Microbiol. 2012; 113 (5): 1139–1144. doi:10.1111/ j.1365-2672.2012.05409.x.

14. Carlson AS, Dole JM, Matthysse AG, Hoffmann WA, Kornegay JL. Vrste bakterij in pH raztopine vplivajo na kakovost po žetvi rezane cinije elegans. Sci Hortic. 2015; 194: 71–78. doi:10.1016/j.scienta.2015.07.044.

15. Naing AH, Win NM, Han JS, Lim KB, Kim CK. Vloga nanosrebra in bakterijskega seva Enterobacter cloacae pri podaljšanju življenjske dobe rezanega nageljna 'Omea' v vazi. Front Plant Sci. 2017; 8: 1590. doi:10.3389/fpls.2017.01590.

16. Kuan KB, Othman R, Rahim KA, Shamsuddin ZH. Inokulacija rizobakterij, ki spodbujajo rast rastlin, za izboljšanje vegetativne rasti, fiksacije dušika in remobilizacije dušika koruze