Растения регулируют свой рост и развитие с помощью гормонов, в том числе группы, называемой стриголактонами, которые предотвращают чрезмерное распускание почек и ветвление. Впервые ученые Калифорнийского университета Риверсайд синтезировали стриголактоны из микробов, сообщает agropages.com 

Стриголактоны также помогают корням растений формировать симбиотические отношения с микроорганизмами, которые позволяют растению поглощать питательные вещества из почвы. Эти два фактора привели к тому, что ученые заинтересовались – как можно использовать стриголактоны для контроля роста сорняков и корневых паразитов, а также для улучшения усвоения питательных веществ.

Однако применение гормонов могут привести и к негативным последствиям. Ученые еще не до конца изучили физиологическую роль, которую 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 микробного биопродукции стриголактона в качестве альтернативного источника», -  говорит Янран Ли, доцент кафедры химической и экологической инженерии Калифорнийского университета в Риверсайде.

Вместе с другим исследователем, Кан Чжоу из Национального университета Сингапура, Ли руководил группой ученых, которая вставляла растительные гены, связанные с производством стриголактона, в обычные пекарские дрожжи и непатогенные бактерии Escherichia coli, которые вместе производили целый ряд стриголактонов.

Получение гормонов из дрожжей оказалось сложной задачей. Хотя известно, что дрожжи модифицируют предшественника стриголактона, называемый карлактоном, он не смог синтезировать карлактон ни с одним из специфических генов, используемых исследователями.

«Этот проект начался в начале 2018 года, но в течение более чем 20 месяцев практически не было никакого прогресса. Фермент DWRF27 не работал, как бы мы ни старались», - сказал Ли.

Тогда команда  начала применять в экспериментах кишечную палочку, которая, как уже было показано, способна производить карлактон. Однако полученный гормон  был нестабилен и не мог быть дополнительно модифицирован искусственной кишечной палочкой в какие-либо стриголактоны. Группе Ли удалось оптимизировать и стабилизировать предшественник карлактона.

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 конечные продукты стриголактона. Этот метод также позволил получить достаточное количество стриголактонов для извлечения и изучения. Используя данный метод, удалось определить функцию нескольких ферментов биосинтеза стриголактона, доказав, что апельсин и виноград обладают потенциалом для синтеза стриголактонов типа оробанчола.

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 с помощью консорциума дрожжевых бактерий поможет ученым больше узнать об этой важной группе растительных гормонов, особенно о задействованных 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 дрожжей и бактерий предоставляет ученым удобный способ завершить такие работы, потому что бактерия производит карлактон на месте», - пояснил Чжоу. «С открытием большего количества ферментов и оптимизацией микробного консорциума мы сможем производить стриголактоны в большом количестве в будущем».