Las estrigolactonas SL son una clase de compuestos químicos que se encuentran en las plantas que han recibido atención debido a su papel como hormonas vegetales y moléculas de señalización de la rizosfera. Desempeñan un papel importante en la regulación de la arquitectura de las plantas, así como en la promoción de la germinación de las malas hierbas parásitas de la raíz * 1 que tienen grandes efectos perjudiciales sobre el crecimiento y la producción de las plantas.
Este estudio fue realizado como parte del programa SATREPS * 2 Asociación de Investigación de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo Sostenible por el Dr. Wakabayashi, el Prof. Sugimoto y sus colegas de la Escuela de Graduados de Ciencias Agrícolas, Universidad de Kobe, en colaboracióncon investigadores de la Universidad de Tokio y la Universidad de Tokushima. Descubrieron la orobancol sintasa responsable de convertir el ácido carlactonoico SL, que promueve las relaciones simbióticas con hongos, en el orobanchol SL, que hace que germinen las malas hierbas parásitas de raíz.
Al eliminar * 3 el gen de orobancol sintasa utilizando la edición del genoma, lograron regular artificialmente la producción de SL. Este descubrimiento conducirá a una mayor comprensión de las funciones de cada SL y permitirá la aplicación práctica de SL en la mejora de la plantaproducción.
Los resultados de este estudio fueron publicados en el International Scientific Journal Avances científicos el 18 de diciembre de 2019.
puntos principales
> Se sabe que las estrigolactonas tienen varias funciones, como el desarrollo de la arquitectura de la planta, promoviendo relaciones micorrícicas mutuamente beneficiosas con hongos y sirviendo como señales de germinación para las malas hierbas parásitas de la raíz.
> Las estrigolactonas se clasifican en SL canónicas y no canónicas en función de sus estructuras químicas. Las SL canónicas tienen un anillo ABC, mientras que las SL no canónicas tienen un anillo BC no cerrado.
> Este estudio descubrió el gen de la sintasa responsable de convertir el ácido carlactonoico SL no canónico en el orobanchol SL canónico.
> El grupo logró generar plantas de tomate con el gen de la sintasa eliminado en el que se acumuló ácido carlactonoico CLA y se evitó la producción de orobancol. La tasa de germinación de las malas hierbas parásitas de la raíz fue menor para estas plantas eliminadas.
Antecedentes de investigación
Las estrigolactonas SL son una clase de compuestos químicos que se caracterizaron inicialmente como estimulantes de la germinación de las malas hierbas parasitarias de raíz. Los SL también han recibido atención por sus otras funciones. Desempeñan un papel importante en el control del crecimiento de las yemas de los tallos y también en la promoción de la simbiosis micorrízicaen muchas plantas terrestres, donde las plantas y los hongos intercambian nutrientes mutuamente.
Hasta ahora, se han aislado alrededor de 20 SL; con diferencias en estereoquímica en el anillo C y modificaciones en los anillos A y / o B. En los últimos años, se han descubierto SL con anillos BC no cerrados. Actualmente, SL con unlos anillos ABC cerrados se designan como SL canónicos, mientras que los SL con un anillo BC no cerrado son SL no canónicos. Sin embargo, no está claro qué compuestos funcionan como hormonas y qué compuestos funcionan como señales de rizosfera.
Si se pudiera suprimir la producción de SL, las plantas inducirían la germinación de menos parásitos radiculares y se mitigarían sus efectos adversos en la producción de cultivos. Por otro lado, al aumentar la producción de SL, se mejoraría la nutrición de las plantas mediante la promoción de relacionescon hongos micorrícicos. Además, la manipulación de los niveles endógenos de SL controlaría la arquitectura de la planta por encima del suelo. La comprensión de las funciones de los SL individuales conduciría al desarrollo de tecnología para controlar artificialmente la arquitectura de la planta y el entorno de la rizosfera. En consecuencia, hay mucho interés encómo se biosintetizan estos SL
Se ha aclarado que los SL se biosintetizan a partir de \ beta - caroteno. Cuatro enzimas están involucradas en la conversión de \ beta - caroteno a ácido carlactonoico CLA, un intermedio común de la biosíntesis de SL. En Japonica arroz, la conversión de CLA en orobanchol procede con dos enzimas que catalizan dos pasos distintos. Sin embargo, la vía de biosíntesis para el orobanchol en otras plantas seguía siendo desconocida. Este estudio descubrió la novedosa orobancol sintetasa, que convierte el CLA en orobanchol en plantas de caupí y tomate.
Metodología de investigación
Este grupo de investigación aisló orobanchol de los exudados de raíz de caupí y determinó la estructura. A partir de experimentos metabólicos con caupí, se predijo que el citocromo P450 * 4 estaría involucrado en la conversión de CLA en orobancol. En este estudio, las plantas de caupíse cultivaron en condiciones ricas en fosfato y en malas condiciones, donde la producción de orobancol se restringió y promovió, respectivamente. Los genes expresados en las raíces de las plantas en ambas condiciones se compararon exhaustivamente. El grupo examinó los genes CYP cuya expresión se correlacionó con la producción de orobancol, los expresó comoproteínas recombinantes, y realizó un ensayo de reacción enzimática.
A partir de estos resultados, se entendió que la enzima VuCYP722C catalizó la conversión de CLA en orobancol. Además, el gen SlCYP722C, un homólogo * 5 de VuCYP722C en tomate, se confirmó que era un gen de orobancol sintetasa. El gen SlCYP722C fuenoqueado KO en plantas de tomate mediante la edición del genoma. A diferencia de las plantas de tomate de tipo salvaje control, no se detectó orobanchol en los exudados de las raíces de las plantas KO, sino que se detectó CLA.
Por lo tanto, el grupo de investigación demostró que SlCYP722C es la orobancol sintetasa en tomate que convierte el SL CLA no canónico en el oro oro SL canónico. La arquitectura de las plantas KO y de tipo silvestre fue comparable Foto 1. Esto demostró queel orobanchol no controla la arquitectura de la planta en las plantas de tomate, se cree que estas plantas de tomate KO aún podrían beneficiarse de los hongos micorrícicos, ya que la actividad del CLA contra la ramificación hifal de los hongos era comparable con la de los SL canónicos., se encontró que la tasa de germinación de la hierba parásita raíz Phelipanche aegyptiaca fue significativamente menor en los medios hidropónicos de las plantas de tomate KO. P. aegyptiaca causa un gran daño a la producción de tomate en todo el mundo, especialmente en la región mediterránea. Esta investigación demostró que es posible limitar el daño que esta maleza parásita hace a la producción de tomate al eliminar el gen de orobancol sintasa.
Investigación adicional
Este grupo de investigación logró prevenir la síntesis del orobanchol SL canónico principal y acumular el ácido carlactonoico SL no canónico. Se puede utilizar el mismo método para dilucidar los genes responsables de la biosíntesis de otras SL canónicas. Más comprensión de las funcionesde varios SL permitiría manipular las plantas para maximizar su rendimiento en condiciones culturales adversas. Las malas hierbas parásitas de raíz perjudican no solo el tomate sino también una amplia gama de otros cultivos, incluidas especies de Solanaceae, Leguminoceae, Cucurbitaceae y Poaceae. Estos resultados conduciránal desarrollo de investigaciones para aliviar el daño infligido por las malas hierbas parásitas de la raíz y aumentar la producción de alimentos en todo el mundo.
Glosario
1. Malezas parásitas de raíz Estas son malezas que se conectan con otras plantas subterráneas y se alimentan de ellas. Las malezas parásitas de raíz pueden causar un gran daño a los cultivos alimentarios. Por ejemplo, Orobanche spp. Parasitan una amplia gama de cultivos incluyendo especies de Solanaceae, Leguminoceae, Curcurbitaceae y Umbelliferae. La raíz parásita de la hierba Striga spp. Tiene un efecto particularmente perjudicial en los cultivos de granos, reduciendo su rendimiento. El establecimiento de contramedidas efectivas es una investigación urgentetema porque el daño infligido por las malas hierbas parásitas a los cultivos es grave en todo el mundo.
2. SATREPS SATREPS es un programa del gobierno japonés que promueve la investigación conjunta internacional, copatrocinada por JST Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón y JICA Agencia de Cooperación Internacional de Japón. Su objetivo es encontrar soluciones para problemas globales mediante la promoción de 3-Colaboraciones de investigación de 5 años entre investigadores de Japón y países en desarrollo. JST proporciona fondos para la investigación dentro de Japón y fuera del país asociado. Si el financiamiento es necesario para el país asociado, JICA proporciona AOD en el marco de proyectos de cooperación técnica. Las dos organizaciones trabajan juntasutilizando sus respectivas fortalezas; la experiencia de JST en la financiación de proyectos de investigación nacionales y la experiencia de JICA en cooperación técnica en países en desarrollo.
3. Edición del genoma y eliminación de genes La edición del genoma es un tipo de ingeniería genética que implica realizar modificaciones específicas en el ADN de un organismo vivo. El ADN se corta en una secuencia específica mediante una nucleasa modificada. Este corte se repara- unión final homóloga por parte de la célula, lo que resulta en un cambio en la secuencia objetivo. Esto permite que se realicen pequeñas adiciones o deleciones en el ADN y que se elimine la función de un gen específico noqueado.
4. Citocromo P450 Parte de la familia de las hemoproteínas. Se llama "P450" porque la longitud de onda máxima de la absorción de las enzimas es de 450 nm cuando está en estado reducido y en complejo con monóxido de carbono. La existencia del citocromo P450 se ha confirmado enuna variedad de organismos. Estas hemoproteínas están involucradas en la síntesis de hormonas y metabolitos secundarios, y en el metabolismo de los medicamentos.
5. Homólogo Un gen que se parece a otro gen debido a una ascendencia compartida.
Esta investigación fue apoyada por el programa JST / JICA SATREPS JPMJSA1607 'Mejora de la seguridad alimentaria en las regiones semiáridas de Sudán a través del manejo de las malas hierbas parásitas de la raíz Striga' Investigador principal: Profesor SUGIMOTO Yukihiro y JSPSKAKENHI 19H02897 para 'Elucidación del mecanismo de formación de anillo de estrigolactona BC con el objetivo de dilucidar el ingrediente activo como hormona inhibidora de ramificación' PI: Profesor SUGIMOTO Yukihiro entre otros.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Kobe . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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