Plante-anti-aldring: Forsinket blomstrings- og bladaldring hos Erinus Alpinus behandlet med cellefritt Cistanche-dyrkingsmedium

Diskusjon

Resultatene våre beskriver en ny strategi for å forsinke blomst- og bladaldring ved å brukecistanche kultursupernatanter. For tiden industriellcistanche vekster rettet mot celleproduksjon, med kultursupernatanter kastet. Store mengder supernatant kan produseres undercistanche dyrking og avhending kan være kostbart og skadelig for miljøet.20 Landbruksbruk av avfallcistanche supernatanter kan løse de økonomiske og miljømessige bekymringene samtidig som de gir plantevekstfordeler. Supernatant fra den høylipidproduserende stammencistanche sp. HS2 var mest effektiv for å forsinke alderdom (Figur 2b). cistanche sp. HS2 er industrielt dyrket i utendørs dyrkingssystemer for produksjon av biodrivstoff, og supernatant for landbruksbruk kan produseres samtidig.20,25 Cellefrie supernatanter fracistanche spp. dyrking kan enkelt brukes sammen med gjødsel eller vann i landbruk og hagebruk ved bruk av vanningsteknologier som dryppvanningssystemer eller sprinkleranlegg. Vi ga imidlertid ikke klare bevis på handlingsmåten foranti-aldringseffektpå blomst og blad avE. alpinus. Fire hypoteser er foreslått for å forklare den forsinkede senescensen observert nårcistanche supernatanter ble påførtE. alpinusrøtter.

Klikk her for å få mer informasjon om Cistanche For Anti-Aging

For det første kan cistanche-supernatanten aktiveres eller fyllesantioksidant enzymuttrykk, som fører til en reduksjon i reaktive oksygenarter (ROS) i E. alpinus. ROS fungerer som interne triggere og signalmolekyler under plantens alderdom, og deres nedbrytning kan katalyseres avantioksidant enzymer.1, 30 C. fusca og dets potensielle determinanter ble tidligere vist å aktivere antioksidantenzymaktivitet. Rotdrenking med C. fusca kulturmediumøkte aktivitetenavantioksidant enzym superoxide dismutase(SOD) i soyabønnespirer.26 I tillegg viste vår tidligere forskning at C. fusca CHK0059-avledet D-melkesyre initierte uttrykket av to antioksidantenzymgener, alternativ oksidase 1 (AOX1) og cytokrom C oksidaseunderenhet 2 (COX2), etter flagellin 22 (flg22)-behandling i blader av Arabidopsis.20 D-melkesyreantioksidant-enzympriming kan aktiveres sterkere som respons på flg22-utløst ROS-produksjon.20 Dette antyder at rotdynking av E alpinus med cistanche supernatanter kan forsinke senescens ved å stimulereantioksidant enzymerog redusere overfloden av ROS.

For det andre kan forsinket senescens hos E. alpinus være knyttet tilantioksidantforbindelserprodusert av cistanche spp. heller enn av E. alpinus. Av de tre testede cistanche-supernatantene, ble supernatanten fra cistanche sp. HS2 var mest effektivt for å forsinke aldring av planter over hele 10 ukers prøveperiode (figur 2b).cistanche spp. ABC001 og HS2 ble tidligere funnet å være svært effektive stammer for produksjon av gunstige forbindelser som spesifikke lipider og antioksidantpigmenter.21–25,31 Spesielt cistanche sp. HS2 akkumulerte høye nivåer avantioksidantpigmenter-karotenoid og lutein.25,31 Antioksydpigmentene produsert av cistanche sp. HS2 kan redusere ROS-nivåer under senescens hos E. alpinus.

For det tredje, aktivering av D-laktatdehydrogenase (D-LDH) i E. alpinus med D-melkesyre produsert av cistanche spp. kan påvirke alderdommen til E. alpinus. D-melkesyre utskilt av C. fusca CHK0059 ble tidligere vist å aktivere ekspresjonen av D-LDH ved flg22-behandling i Arabidopsis. 20 I planter er D-LDH involvert i avgiftning av metylglyoksal (MG), en cytotoksisk forbindelse generert som et biprodukt av glykolyse.32 MG kan utløse abiotiske stresstoleransemekanismer og kan fremme aldring.33 Sluttproduktet av MG-avgiftning er D -laktat, som er oksidert av D-LDH.32 Tap av funksjon D-LDH-mutanter i Arabidopsis viste overfølsomhet for behandling med eksogen MG,34, noe som viser at D-LDH-aktivering spilte en viktig rolle i å redusere MG-nivåer. Selv om lignende mekanismer ikke ble testet i E. alpinus, er det mulig at behandling av E. alpinus med cistanche-supernatant kan redusere MG-nivåer under senescens via aktivering av D-LDH og MG-avgiftning.

For det fjerde kan rollen til cistanche-avledede plantehormonetterligninger ikke utelukkes. cistanche-arter kan produsere auxin og cytokininlignende molekyler som tidligere var knyttet til bladaldring.35,36 Vår tidligere forskning fant ikke fytohormoner i C. fusca supernatant,20 men evaluering av fytohormonnivåer i supernatanter av cistanche sp. ABC001 og HS2 kreves.

Vår studie bekrefter at cistanche-kultursupernatanter inneholder antialdringskomponenter som kan forsinke blad- og blomsteraldring og foreslår at supernatanter kan hentes fra eksisterende storskala cistanche-dyrkingssystemer og gjenbrukes i landbruket. Dette vil gi den doble fordelen ved å redusere de miljømessige og økonomiske kostnadene ved produksjonsavfall fra cistanche, samtidig som det gir en lang levetid når det brukes på rotsystemene til landbruks- og hagebruksplanter. Forbedring av plantens robusthet ved påføring av cistanche-supernatanter kan også potensielt redusere avhengigheten av kjemiske plantevernmidler og genmodifiserte planter, og redusere miljøskader på hele økosystemnivå.

Anerkjennelser

Denne forskningen ble støttet av tilskudd fra Advanced Biomass R&D Center (ABC) i Global Frontier Project finansiert av Ministry of Science and ICT and Future Planning (ABC-2010-0029728), det samarbeidende forskningsprogrammet for landbruk og teknologiutvikling ( Agenda Project No. PJ011707), Rural Development Administration og KRIBB Initiative Program, Sør-Korea.

Avsløringserklæring

Forfatterne har ingen interessekonflikt å erklære.

Finansiering Dette arbeidet ble støttet av tilskudd fra Advanced Biomass R&D Center (ABC) i Global Frontier Project finansiert av Ministry of Science and ICT and Future Planning [ABC-2010-0029728], det samarbeidende forskningsprogrammet for landbruk og teknologiutvikling [ Agenda Project No. PJ011707], og KRIBB Initiative Program, Sør-Korea. ORCID Chang-Ki Shim http://orcid.org/0000-0002-4905-1947

Referanser

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

2. Shahri W, Tahir I. Blomsteraldring: noen molekylære aspekter. Planta. 2014;239(2):277–297. doi:10.1007/s00425-013-1984-z.

3. Shibuya K, Ichimura K. Fysiologi og molekylærbiologi av blomstens alderdom. Modningsfysiologi for avlinger etter høsting. 1. utg. Boca Raton: CRC Press; 2016. s. 109–125.

4. Woo HR, Masclaux-Daubresse C, Lim PO. Plantes senescens: hvordan planter vet når og hvordan de skal dø.J Exp Bot. 2018;69(4):715–718. doi:10.1093/jxb/ery011.

5. Yadava P, Singh A, Kumar K, Singh I. Plantes senescens og jordbruk. Alderdomssignalering og kontroll i planter. Akademisk presse; 2019. s.283–302. doi:10.1016/B978-0-12- 813187-9.00018-4

6. Veen H, Van de Geijn S. Mobilitet og ionisk form av sølv relatert til levetiden til kuttede nelliker. Planta. 1978;140(1):93–96. doi:10.1007/BF00389386.

7. Reid MS, Wu MJ. Etylen og blomstrende alder. Plantevekst Regul. 1992;11(1):37–43. doi:10.1007/BF00024431.

8. Staby GL, Basel RM, Reid MS, Dodge LL. Effektiviteten til kommersielle anti-etylenprodukter for ferske snittblomster. Hortteknologi. 1993;3(2):199–202. doi:10.21273/HORTTECH.3.2.199.

9. Van Doorn W. Kategorier av ældning av kronblad og abscissjon: en re-evaluering. Ann Bot. 2001;87(4):447–456. doi:10.1006/ anbo.2000.1357.

10. Yuan R, Carbaugh DH. Effekter av NAA, AVG og 1-MCP på etylenbiosyntese, fruktdråpe før høsting, fruktmodenhet og kvaliteten på «Golden supreme» og «Golden delicious» epler. HortScience. 2007;42(1):101–105. doi:10.21273/ HORTSCI.42.1.101.

11. Anthony MF, Coggins JCW. Effekten av fem former av 2, 4-D for å kontrollere fruktfall før høsting i sitrus. Sci Hortic. 1999;81(3):267–277. doi:10.1016/S0304-4238(99)00015-1.

12. Nayani S, Mayak S, Glick BR. Effekt av plantevekstfremmende rhizobakterier på senescens av blomsterblader. Indian J Exp Biol. 1998;36:836-839.

13. Ali S, Charles T, Glick B. Forsinkelse av blomstens alderdom av bakterielle endofytter som uttrykker 1-aminocyklopropan-1-karboksylatdeaminase. 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. Bakteriearter og løsningens pH påvirker etterhøstkvaliteten til kuttet Zinnia elegans. Sci Hortic. 2015;194:71–78. doi:10.1016/j.scienta.2015.07.044.

15. Naing AH, Vinn NM, Han JS, Lim KB, Kim CK. Rollen til nanosølv og bakteriestammen Enterobacter cloacae i å øke vaselevetiden til kuttet nellik 'Omea'. Front Plant Sci. 2017;8:1590. doi:10.3389/fpls.2017.01590.

16. Kuan KB, Othman R, Rahim KA, Shamsuddin ZH. Plantevekstfremmende inokulering av rhizobakterier for å øke vegetativ vekst, nitrogenfiksering og nitrogenremobilisering av mais