Strigolactones (SLs) یک کلاس از ترکیبات شیمیایی موجود در گیاهان که دریافت کرده اند توجه به نقش خود به عنوان هورمون های گیاهی و ريزوسفر مولکول های سیگنالینگ. آنها بازی یک importantrole در تنظیم کارخانه معماری و همچنین ترویج جوانه زنی و ریشه علف های هرز انگلی (*1) است که اثرات مضر بر روی رشد گیاه و تولید.

این مطالعه به عنوان بخشی از SATREPS(*2)(علوم و تحقیقات فن آوری مشارکت برای توسعه پایدار) برنامه توسط دکتر Wakabayashi ، Sugimoto و همکاران خود در دانشکده علوم کشاورزی کوبه دانشگاه با همکاری محققان دانشگاه توکیو و توکوشیما دانشگاه. آنها کشف orobanchol سنتاز مسئول تبدیل SL carlactonoic اسید که به ترویج همزیستی با قارچ به SL orobanchol که علل ریشه علف های هرز انگلی به جوانه.

با ضربه زدن(*3) orobanchol سنتاز ژن با استفاده از ژنوم ویرایش آنها موفق مصنوعی تنظیم SL تولید. این کشف منجر به درک بیشتری از عملکرد هر یک از SL و فعال کردن برنامه های عملی از SLs در بهبود تولید گیاهی ،

نتایج حاصل از این مطالعه منتشر شده در مجله علمي بين المللي علم پیشرفت در تاریخ 18 دسامبر 2019.

نکات اصلی

>Strigolactones شناخته شده به توابع مختلف مانند توسعه گیاه, معماری, ترویج پایاپای میکوریزا روابط با قارچ و خدمت به عنوان جوانه زنی سیگنال برای ریشه علف های هرز انگلی.

>Strigolactones طبقه بندی شده به متعارف و غیر متعارف SLs خود را بر اساس ساختار شیمیایی. استاندارد SLs یک ABC حلقه در حالی که غیر متعارف SLs یک unclosed میلاد حلقه.

>این مطالعه کشف سنتاز ژن مسئول برای تبدیل غیر استاندارد SL carlactonoic اسید به استاندارد SL orobanchol.

>گروه موفق به تولید گیاهان گوجه فرنگی با سنتاز ژن زدم که در آن carlactonoic acid (CLA) انباشته و orobanchol تولید جلوگیری شد. نرخ جوانه زنی از ریشه علف های هرز انگلی پایین تر بود برای این دست کشیدن از گیاهان است.

پيشينه پژوهش

Strigolactones (SL) یک کلاس از ترکیبات شیمیایی که در ابتدا مشخص به عنوان محرک جوانه زنی برای ریشه علف های هرز انگلی. SLs نیز دریافت توجه خود را برای دیگر توابع. آنها نقش مهمی در کنترل پنجه جوانه حاصل و همچنین در ترویج همزیستی میکوریزا در بسیاری از گیاهان زمینی به موجب آن گیاهان و قارچ متقابلا تبادل مواد مغذی است.

تا به حال حدود 20 SLs جدا شده; با تفاوت در stereochemistry در C حلقه و تغییرات در یک و/یا B حلقه. در سال های اخیر SLs با unclosed حلقه میلاد کشف شده است. در حال حاضر SLs با یک بسته ABC حلقه تعیین شده به عنوان استاندارد SLs در حالی که SLs با unclosed میلاد حلقه های غیر متعارف SLs. آن است که روشن نیست که ترکیبات تابع به عنوان هورمون ها و که ترکیبات تابع به عنوان ريزوسفر سیگنال.

اگر SL تولید می تواند سرکوب گیاهان را وادار به جوانه کمتر ریشه علف های هرز انگلی و عوارض جانبی در تولید محصول می تواند به کاهش. با افزایش SL تولید از سوی دیگر تغذیه گیاه خواهد بود بهبود یافته از طریق توسعه روابط با قارچ. بعلاوه دستکاری درون زا سطح SL خواهد کنترل گیاه, معماری, بالاتر از زمین. درک عملکرد فردی SLs منجر به توسعه تکنولوژی به صورت مصنوعی کنترل گیاه معماری و ريزوسفر محیط زیست است. وجود دارد بسیار علاقه چگونه این SLs هستند biosynthesized.

آن روشن شده است که SLs هستند biosynthesized؟ -کاروتن است. چهار آنزیم های درگیر در تبدیل?-caroteneto carlactonoic acid (CLA) یک مشترک متوسط از SL بیوسنتز. در Japonica برنج تبدیل CLA به orobanchol حاصل با دو آنزیم catalyzing دو مرحله مجزا. اما مسیر بیوسنتز برای orobanchol در گیاهان دیگر ناشناخته باقی مانده است. این مطالعه کشف رمان orobanchol سنتاز که تبدیل CLA به orobanchol در لوبیا چشم بلبلی و گیاهان گوجه فرنگی.

روش تحقیق

این گروه تحقیقاتی جدا کرده orobanchol از لوبیا چشم بلبلی ترشحات ريشه و تعیین ساختار. از سوخت و ساز آزمایش با استفاده از لوبیا چشم بلبلی در آن پیش بینی شده بود که سیتوکروم P450(*4)خواهد بود که در تبدیل CLA به orobanchol. در این مطالعه لوبیا چشم بلبلی گیاهان رشد کرده در فسفات غنی و فقیر در شرایط که در آن orobanchol تولید محدود بود و ترویج شده بود. ژن های بیان شده در ریشه گیاهان در هر دو شرایط جامع مقایسه است. گروه غربالگری ژن CYP که بیان در ارتباط با orobanchol تولید ابراز آنها را به عنوان پروتئين و انجام یک آنزیم واکنش شد.

از این نتایج این قابل درک است که VuCYP722C آنزیم کاتالیز تبدیل CLA به orobanchol. بعلاوه SlCYP722C ژن هومولوگ (*5) از VuCYP722C در گوجه فرنگی تایید شد به یک orobanchol سنتاز ژن است. این SlCYP722C ژن زدم شد (KO) در گیاهان گوجه فرنگی با استفاده از ژنوم در حال ویرایش. در مقایسه با نوع وحشی (کنترل) گوجه فرنگی, گیاهان orobanchol نگرديد در ترشحات ريشه از KO گیاهان با CLA اینکه شناسایی به جای.

این گروه تحقیقاتی ثابت کرد که SlCYP722C است orobanchol سنتاز در گوجه فرنگی که تبدیل غیر استاندارد SL CLA به استاندارد SL orobanchol. معماری KO و نوع وحشی گیاهان قابل مقایسه بود (عکس 1). این نشان می دهد که orobanchol را کنترل نمی کند و گیاه معماری در گیاهان گوجه فرنگی. فکر شده است که این KO گیاهان گوجه فرنگی هنوز هم قادر خواهد بود برای بهره مندی از قارچ به عنوان فعالیت CLA در برابر hyphal انشعاب از قارچ بود و قابل مقایسه با استاندارد SLs. علاوه بر آن شد که نرخ جوانه زنی از ریشه علف هرز انگلی Phelipanche aegyptiaca شد به طور قابل توجهی پایین تر در هیدروپونیک رسانه KO گیاهان گوجه فرنگی. S. aegyptiaca باعث آسیب جدی به تولید گوجه فرنگی در سراسر جهان به خصوص در اطراف منطقه مدیترانه است. این تحقیقات نشان داد که ممکن است به منظور محدود کردن آسیب هایی که این علف هرز انگلی می کند به تولید گوجه فرنگی را با ضربه زدن از orobanchol سنتاز ژن است.

تحقیقات بیشتر

این گروه تحقیقاتی موفق به جلوگیری از سنتز عمده متعارف SL orobanchol و انباشته شدن غیر متعارف SL carlactonoic اسید. همان روش را می توان مورد استفاده برای روشن کردن ژن مسئول بیوسنتز از دیگر متعارف SLs. بیشتر درک از وظایف مختلف SLs اجازه می دهد گیاهان برای دستکاری شود به منظور به حداکثر رساندن عملکرد خود را تحت نامطلوب شرایط فرهنگی. ریشه علف های هرز انگلی زیان تاثیر می گذارد نه تنها در گوجه بلکه طیف گسترده ای از دیگر محصولات کشاورزی از جمله گونه سولاناسه, Leguminoceae, حصار و Poaceae. این نتایج منجر به توسعه تحقیقات برای کاهش خسارت وارده توسط ریشه های انگلی علف های هرز و افزایش تولید مواد غذایی در سراسر جهان است.

واژه نامه

1. ریشه علف های هرز انگلی این علف های هرز که در ارتباط با دیگر گیاهان زیرزمینی و تغذیه آنها است. ریشه علف های هرز انگلی می تواند آسیب جدی به محصولات غذایی. برای مثال Orobanche spp. انگل طیف گسترده ای از محصولات از جمله گونه سولاناسه, Leguminoceae, Curcurbitaceae و Umbelliferae. ریشه علف هرز انگلی Striga spp. به خصوص اثر مضر در محصولات دانه و کاهش عملکرد خود را. استقرار موثر مقابله فوری موضوع تحقیق به دلیل خسارت وارده توسط ریشه های انگلی علف های هرز به محصولات زراعی است جدی در سراسر جهان است.

2. SATREPS SATREPS از این دولت برنامه ای است که به ترویج بین المللی تحقیقات مشترک co-اسپانسر شده از طرف JST (ژاپن علوم و فناوری سازمان) و جایکا (آژانس همکاری های بین المللی ژاپن). هدف آن پیدا کردن راه حل برای مسائل جهانی از طریق ترویج 3-5 سال تحقیقات همکاری بین محققان از ژاپن و کشورهای در حال توسعه. JST بودجه برای تحقیقات در ژاپن و خارج از کشور مشارکت. اگر بودجه لازم برای مشارکت, کشور, JICA فراهم می کند ODA در چارچوب همکاری های فنی پروژه ها. این دو سازمان با هم کار خود را با استفاده از نقاط قوت مربوطه; JST تخصص در کمک های مالی داخلی طرحهای پژوهشی و انکشاف تخصص در همکاری های فنی کشورهای در حال توسعه.

3. ژنوم ویرایش و ژن دست کشیدن از ژنوم ویرایش یک نوع از مهندسی ژنتیک است که شامل ایجاد تغییرات خاص در DNA یک موجود زنده. DNA قطع می شود و در یک توالی خاص توسط یک مهندسی nuclease. این برش تعمیر از طریق غیر همولوگ پایان پیوستن به توسط سلول و در نتیجه تغییر در طرح هدفمند کردن توالی. این اجازه می دهد تا کوچک شده و یا حذف شده به DNA و برای عملکرد یک ژن خاص برداشته شود (knock out).

4. سیتوکروم P450 بخشی از hemoprotein خانواده است. آن را به نام “P450” از آنجا که حداکثر طول موج آنزیم’ جذب 450 نانومتر که در آن کاهش می یابد و دولت complexed با مونوکسید کربن. وجود سیتوکروم P450 تایید شده است در انواع موجودات زنده. این hemoproteins درگیر در سنتز هورمون ها و متابولیت های ثانویه و دارو و سوخت و ساز بدن.

5. هومولوگ ژن که شبیه یکی دیگر از ژن با توجه به اصل و نسب مشترک.

این پژوهش با پشتیبانی شده توسط JST/JICA SATREPS برنامه (JPMJSA1607) ‘بهبود امنیت غذایی در نيمه خشک مناطق سودان از طریق مدیریت ریشه علف های هرز انگلی (Striga)'(محقق اصلی: استاد SUGIMOTO Yukihiro) و JSPS KAKENHI (19H02897) برای ‘توضیح از strigolactone سال قبل از میلاد تشکیل حلقه ساز و با هدف توضیح از مواد تشکیل دهنده فعال به عنوان شاخه مهاری هورمون’ (PI: استاد SUGIMOTO Yukihiro) در میان دیگران.

tinyurlis.gdv.gdv.htclck.ruulvis.netshrtco.de