Zaustavljanje starenja biljaka: odgođeno starenje cvjetova i listova kod Erinus Alpinus tretiranih podlogom za uzgoj Cistanche bez stanica

Rasprava

Naši rezultati opisuju novu strategiju za korištenje odgode starenja cvijeta i lišćacistanche Kulturasupernatanti. Trenutno, industrijskiCistanche rastje usmjeren na proizvodnju stanica, s bačenim supernatantima kulture. Tijekom se mogu proizvesti velike količine supernatantaCistanche uzgoj i odlaganje mogu biti skupi i štetni za okoliš.20 Primjena otpada u poljoprivrediCistanche supernatanti mogu odgovoriti na ekonomske i ekološke probleme, dok istovremeno pružaju prednosti rastu biljaka. Supernatant iz soja koji proizvodi visoku količinu lipidaCistanche sp. HS2 je bio najučinkovitiji u odgađanju starenja (Slika 2b). Cistanche sp. HS2 se industrijski uzgaja u sustavima uzgoja na otvorenom za proizvodnju biogoriva, a supernatant za poljoprivrednu upotrebu može se proizvoditi istovremeno.20,25 Supernatanti bez stanica izCistanche spp. uzgoj se može lako primijeniti zajedno s gnojivom ili vodom u poljoprivredi i vrtlarstvu korištenjem tehnologija navodnjavanja kao što su sustavi navodnjavanja kap po kap ili sustavi prskalica. Međutim, nismo pružili jasne dokaze o načinu djelovanja zaučinak protiv starenjana cvijetu i listu odE. alpinus. Predložene su četiri hipoteze za objašnjenje odgođenog starenja uočenog kadaCistanche naneseni su supernatantiE. alpinuskorijenje.

Kliknite ovdje da biste saznali više o Cistanche za usporavanje starenja

Prvo, cistanche supernatant bi se mogao aktivirati ili pripremitiekspresija enzima antioksidansa, što dovodi do smanjenja reaktivnih kisikovih vrsta (ROS) u E. alpinus. ROS djeluju kao unutarnji okidači i signalne molekule tijekom starenja biljke, a njihovu razgradnju može kataliziratiantioksidativni enzimi.1, 30 C. fusca i njegove potencijalne determinante prethodno su pokazale da aktiviraju aktivnost antioksidativnog enzima. Natapanje korijena podlogom za kulturu C. fuscapovećao aktivnostodantioksidativni enzim superoksid dismutaza(SOD) u klicama soje.26 Osim toga, naše prethodno istraživanje pokazalo je da C. fusca CHK0059-izvedena iz D-mliječne kiseline potiče ekspresiju dva gena antioksidativnih enzima, alternativne oksidaze 1 (AOX1) i podjedinice citokrom C oksidaze 2 (COX2), nakon tretmana flagelinom 22 (flg22) u listovima Arabidopsis.20 Primiranje enzima antioksidansa D-mliječne kiseline može se snažnije aktivirati kao odgovor na proizvodnju ROS-a izazvanu flg22-.20 Ovo sugerira da je natapanje korijena E alpinus sa supernatantima cistanche može odgoditi starenje stimulacijomantioksidativni enzimii smanjenje obilja ROS-a.

Drugo, odgođeno starenje kod E. alpinus može biti povezano santioksidativni spojevikoju proizvodi cistanche spp. nego E. alpinus. Od tri testirana supernatanta cistanche, supernatant cistanche sp. HS2 je bio najučinkovitiji u odgađanju starenja biljke tijekom cijelog probnog razdoblja od 10 tjedana (Slika 2b).cistanche spp. Prethodno je utvrđeno da su ABC001 i HS2 vrlo učinkoviti sojevi za proizvodnju korisnih spojeva kao što su specifični lipidi i antioksidativni pigmenti.21-25,31 Osobito, cistanche sp. HS2 je nakupio visoke razineantioksidativni pigmenti-karotenoid i lutein.25,31 Antioksidantni pigmenti koje proizvodi cistanche sp. HS2 može smanjiti razine ROS-a tijekom starenja u E. alpinus.

Treće, aktivacija D-laktat dehidrogenaze (D-LDH) u E. alpinus pomoću D-mliječne kiseline koju proizvodi cistanche spp. mogao utjecati na starenje E. alpinus. Prethodno se pokazalo da D-mliječna kiselina koju luči C. fusca CHK0059 aktivira ekspresiju D-LDH nakon tretmana flg22 u Arabidopsisu. 20 U biljkama, D-LDH je uključen u detoksikaciju metilglioksala (MG), citotoksičnog spoja koji nastaje kao nusprodukt glikolize.32 MG može pokrenuti mehanizme tolerancije na abiotski stres i može pospješiti starenje.33 Krajnji proizvod detoksikacije MG-a je D -laktat, koji oksidira D-LDH.32 Gubitak funkcije D-LDH mutanti u Arabidopsisu pokazali su preosjetljivost na liječenje egzogenim MG-om,34 pokazujući da je aktivacija D-LDH-a igrala važnu ulogu u smanjenju razina MG-a. Iako slični mehanizmi nisu testirani na E. alpinus, moguće je da liječenje E. alpinus supernatantom cistanhe može smanjiti razine MG tijekom starenja putem aktivacije D-LDH i detoksikacije MG.

Četvrto, ne može se isključiti uloga oponašanja biljnih hormona izvedenih iz cistanhe. vrste cistanche mogu proizvesti molekule slične auksinu i citokininu koje su prethodno bile povezane sa starenjem lišća.35,36 Naše prethodno istraživanje nije pronašlo fitohormone u supernatantu C. fusca,20 ali procjena razina fitohormona u supernatantima cistanche sp. Potrebni su ABC001 i HS2.

Naša studija potvrđuje da supernatanti kulture cistanche sadrže komponente protiv starenja koje mogu odgoditi starenje lišća i cvijeta i predlaže da se supernatanti mogu preuzeti iz postojećih velikih sustava uzgoja cistanche i ponovno upotrijebiti u poljoprivredi. To bi osiguralo dvostruku korist smanjenja ekoloških i ekonomskih troškova otpada od proizvodnje cistanche, dok bi se osigurala dugotrajnost kada se primjenjuje na korijenski sustav poljoprivrednih i hortikulturnih biljaka. Poboljšanje otpornosti biljaka primjenom supernatanta cistanche također bi potencijalno moglo smanjiti ovisnost o kemijskim pesticidima i genetski modificiranim biljkama, smanjujući štetu okolišu na razini cijelog ekosustava.

Priznanja

Ovo istraživanje je podržano bespovratnim sredstvima Centra za napredno istraživanje i razvoj biomase (ABC) Projekta Global Frontier koji financira Ministarstvo znanosti, ICT-a i budućeg planiranja (ABC-2010-0029728), kooperativnog istraživačkog programa za razvoj poljoprivrede i tehnologije ( Projekt plana br. PJ011707), Uprava za ruralni razvoj i Program inicijative KRIBB, Južna Koreja.

Izjava o otkrivanju podataka

Autori nemaju sukob interesa za deklarirati.

Financiranje Ovaj rad je podržan bespovratnim sredstvima Centra za napredno istraživanje i razvoj biomase (ABC) Projekta Global Frontier koji financira Ministarstvo znanosti, ICT-a i budućeg planiranja [ABC-2010-0029728], kooperativnog istraživačkog programa za razvoj poljoprivrede i tehnologije [ Agenda Project No. PJ011707], i 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. Starenje lišća. Annu Rev Plant Biol. 2007;58(1):115–136. doi:10.1146/annurev. arplant.57.032905.105316.

2. Shahri W, Tahir I. Starenje cvijeta: neki molekularni aspekti. Planta. 2014;239(2):277–297. doi:10.1007/s00425-013-1984-z.

3. Shibuya K, Ichimura K. Fiziologija i molekularna biologija starenja cvijeta. Fiziologija sazrijevanja usjeva nakon berbe. 1. izd. Boca Raton: CRC Press; 2016. str. 109–125 (prikaz, stručni).

4. Woo HR, Masclaux-Daubresse C, Lim PO. Starenje biljaka: kako biljke znaju kada i kako umrijeti.J Exp Bot. 2018;69(4):715–718. doi:10.1093/jxb/ery011.

5. Yadava P, Singh A, Kumar K, Singh I. Starenje biljaka i poljoprivreda. Signalizacija i kontrola starenja u biljaka. Academic Press; 2019. str.283–302. doi:10.1016/B978-0-12- 813187-9.00018-4

6. Veen H, Van de Geijn S. Pokretljivost i ionski oblik srebra u odnosu na dugovječnost rezanih karanfila. Planta. 1978;140(1):93–96. doi:10.1007/BF00389386.

7. Reid MS, Wu MJ. Etilen i starenje cvijeta. Regulacija rasta biljaka. 1992;11(1):37–43. doi:10.1007/BF00024431.

8. Staby GL, Basel RM, Reid MS, Dodge LL. Učinkovitost komercijalnih antietilenskih proizvoda za svježe rezano cvijeće. Horttechnology. 1993;3(2):199–202. doi:10.21273/HORTTECH.3.2.199.

9. Van Doorn W. Kategorije starenja i otpadanja latica: ponovna procjena. Ann Bot. 2001;87(4):447–456. doi:10.1006/ anbo.2000.1357.

10. Yuan R, Carbaugh DH. Učinci NAA, AVG i 1-MCP na biosintezu etilena, opadanje plodova prije žetve, zrelost plodova i kvalitetu jabuka 'Golden supreme' i 'Golden delicious'. HortScience. 2007;42(1):101–105. doi:10.21273/ HORTSCI.42.1.101.

11. Anthony MF, Coggins JCW. Učinkovitost pet oblika 2, 4-D u kontroli opadanja plodova prije žetve kod citrusa. Sci Hortic. 1999;81(3):267–277. doi:10.1016/S0304-4238(99)00015-1.

12. Nayani S, Mayak S, Glick BR. Učinak rizobakterija koje potiču rast biljaka na starenje cvjetnih latica. Indijski J Exp Biol. 1998;36:836-839.

13. Ali S, Charles T, Glick B. Odgoda starenja cvijeta bakterijskim endofitima koji eksprimiraju 1-aminociklopropan-1-karboksilat deaminazu. 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 bakterija i pH otopine utječu na kvalitetu posječene Zinnia elegans nakon berbe. 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. Uloga nanosrebra i bakterijskog soja Enterobacter cloacae u produljenju vijeka trajanja rezanog karanfila 'Omea' u vazi. Front Plant Sci. 2017; 8: 1590. doi:10.3389/fpls.2017.01590.

16. Kuan KB, Othman R, Rahim KA, Shamsuddin ZH. Inokulacija rizobakterija koje potiču rast biljaka za poboljšanje vegetativnog rasta, fiksacije dušika i remobilizacije dušika kukuruza