مقاومة شيخوخة النبات: تأخر نمو الأزهار والأوراق في Erinus Alpinus يتم معالجته بزراعة وسط خالية من الخلايا

مناقشة

تصف نتائجنا استراتيجية جديدة لتأخير استخدام شيخوخة الأزهار والأوراقسيستانش ثقافةطاف. في الوقت الحاضر الصناعيةسيستانش نمويهدف إلى إنتاج الخلايا ، مع التخلص من المستنبتات الطافية. يمكن إنتاج كميات كبيرة من طاف أثناءسيستانش يمكن أن تكون الزراعة والتخلص منها باهظة الثمن ومضرة بالبيئة.20 التطبيق الزراعي للنفاياتسيستانش قد تعالج المواد الطافية الاهتمامات الاقتصادية والبيئية مع توفير فوائد نمو النبات. طاف من سلالة عالية إنتاج الدهونسيستانش ص. كان HS2 أكثر فاعلية في تأخير الشيخوخة (الشكل 2 ب). سيستانش ص. يُزرع HS2 صناعيًا في أنظمة الزراعة الخارجية لإنتاج الوقود الحيوي ، ويمكن إنتاج مادة طافية للاستخدام الزراعي في وقت واحد.20,25 طاف خالية من الخلايا منسيستانش النيابة. يمكن تطبيق الزراعة بسهولة إلى جانب الأسمدة أو المياه في الزراعة والبستنة باستخدام تقنيات الري مثل أنظمة الري بالتنقيط أو أنظمة الرش. ومع ذلك ، لم نقدم دليلًا واضحًا على طريقة عملتأثير مكافحة الشيخوخةعلى زهرة وأوراقE. ألبينوس. تم اقتراح أربع فرضيات لشرح الشيخوخة المتأخرة التي لوحظت عندماسيستانش تم تطبيق المواد الطافية علىE. alpinusالجذور.

انقر هنا للحصول على مزيد من المعلومات حول Cistanche لمكافحة الشيخوخة

أولاً ، قد يتم تنشيط طاف cistanche أو إطلاقهتعبير انزيم مضاد للأكسدة، مما يؤدي إلى انخفاض في أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) في E. alpinus. يعمل ROS كمحفزات داخلية وجزيئات إشارة أثناء شيخوخة النبات ، ويمكن تحفيز تحللها بواسطةإنزيمات مضادات الأكسدة.1 ، 30 درجة مئوية. fusca ومحدداته المحتملة سابقًا تعمل على تنشيط نشاط إنزيم مضادات الأكسدة. نقع الجذور بوسط استزراع C. fuscaزيادة النشاطالتابعديسموتاز إنزيم سوبروكسيد مضاد للأكسدة(SOD) في براعم فول الصويا .26 بالإضافة إلى ذلك ، أظهر بحثنا السابق أن C. fusca CHK 0059- المشتق من حمض D-lactic أدى إلى التعبير عن جيني إنزيم مضاد للأكسدة ، أوكسيديز بديل 1 (AOX1) ووحدة فرعية سيتوكروم سي أوكسيديز 2 (COX2) ، بعد معالجة فلاجيلين 22 (flg22) في أوراق نبات الأرابيدوبسيس. 20 يمكن تنشيط إنزيم حمض اللاكتيك المضاد للأكسدة بشكل أقوى استجابةً لـ flg 22- الذي أدى إلى إنتاج ROS. • alpinus مع cistanche supernatants قد يؤخر الشيخوخة عن طريق التحفيزإنزيمات مضادات الأكسدةوتقليل وفرة ROS.

ثانيًا ، قد يرتبط الشيخوخة المتأخرة في E. alpinusمركبات مضادات الأكسدةالتي تنتجها cistanche spp. بدلا من E. alpinus. من بين المواد الطافية الثلاثة التي تم اختبارها ، طاف من cistanche sp. كان HS2 أكثر فاعلية في تأخير شيخوخة النبات خلال فترة التجربة الكاملة البالغة 10 أسابيع (الشكل 2 ب). تم العثور سابقًا على ABC001 و HS2 على أنها سلالات عالية الكفاءة لإنتاج مركبات مفيدة مثل الدهون المحددة والأصباغ المضادة للأكسدة 21-25،31 على وجه الخصوص ، cistanche sp. HS2 المتراكمة مستويات عالية منأصباغ مضادة للأكسدة- كاروتينويد ولوتين. قد يقلل HS2 من مستويات ROS أثناء الشيخوخة في E. alpinus.

ثالثًا ، تنشيط نازعة هيدروجين D-lactate (D-LDH) في E. alpinus بواسطة حمض D-lactic المنتج بواسطة cistanche spp. يمكن أن تؤثر على شيخوخة E. alpinus. أظهر حمض D-lactic الذي يفرزه C. fusca CHK0059 سابقًا أنه ينشط التعبير عن D-LDH عند علاج flg22 في Arabidopsis. 20 في النباتات ، يشارك D-LDH في إزالة السموم من methylglyoxal (MG) ، وهو مركب سام للخلايا يتم إنشاؤه كمنتج ثانوي لتحلل السكر .32 MG يمكن أن يؤدي إلى آليات تحمل الإجهاد اللاأحيائي ويمكن أن يعزز الشيخوخة .33 المنتج النهائي لإزالة السموم MG هو D - اللاكتات ، الذي يتأكسد بواسطة D-LDH. أظهرت طفرات فقدان الوظيفة D-LDH في الأرابيدوبسيس فرط الحساسية للعلاج مع MG الخارجي ، 34 مما يدل على أن تنشيط D-LDH لعب دورًا مهمًا في تقليل مستويات MG. على الرغم من عدم اختبار آليات مماثلة في E. alpinus ، فمن الممكن أن علاج E. alpinus مع cistanche طاف قد يقلل من مستويات MG أثناء الشيخوخة عن طريق تنشيط إزالة السموم D-LDH و MG.

رابعًا ، لا يمكن استبعاد دور تقليد الهرمونات النباتية المشتقة من cistanche. يمكن أن تنتج أنواع cistanche الأوكسين والجزيئات الشبيهة بالسيتوكينين التي كانت مرتبطة سابقًا بشيخوخة الأوراق .35 ، 36 لم يجد بحثنا السابق الهرمونات النباتية في طاف C. مطلوب ABC001 و HS2.

تؤكد دراستنا أن طاف ثقافة cistanche تحتوي على مكونات مضادة للشيخوخة يمكن أن تؤخر شيخوخة الأوراق والزهور وتقترح أنه يمكن استرجاع المواد الطافية من أنظمة الزراعة القائمة على نطاق واسع وإعادة استخدامها في المجال الزراعي. وهذا من شأنه أن يوفر فائدة مزدوجة تتمثل في تقليل التكاليف البيئية والاقتصادية لنفايات الإنتاج المستمر مع توفير فائدة طول العمر عند تطبيقها على النظم الجذرية للنباتات الزراعية والبستانية. يمكن أن يؤدي تحسين متانة النبات من خلال تطبيق المواد الطافية للقمر إلى تقليل الاعتماد على مبيدات الآفات الكيميائية والنباتات المعدلة وراثيًا ، مما يقلل من الأضرار البيئية على مستوى النظام البيئي بأكمله.

شكر وتقدير

تم دعم هذا البحث من خلال منح من مركز البحث والتطوير للكتلة الحيوية المتقدمة (ABC) التابع لمشروع الحدود العالمية الممول من وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات والتخطيط المستقبلي (ABC -2010-0029728) ، وبرنامج البحوث التعاوني للتنمية الزراعية والتكنولوجيا ( جدول المشروع رقم PJ011707) ، إدارة التنمية الريفية ، وبرنامج مبادرة KRIBB ، كوريا الجنوبية.

بيان الإفصاح عن المعلومات

الكتاب ليس لديهم تضارب المصالح إلى إعلان.

التمويل تم دعم هذا العمل من خلال المنح المقدمة من مركز البحث والتطوير للكتلة الحيوية المتقدمة (ABC) التابع لمشروع الحدود العالمية الممول من وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات والتخطيط المستقبلي [ABC -2010-0029728] ، وبرنامج الأبحاث التعاوني للزراعة وتطوير التكنولوجيا [ جدول المشروع رقم PJ011707] ، وبرنامج مبادرة KRIBB ، كوريا الجنوبية. أوركيد تشانغ كي شيم http://orcid.org/0000-0002-4905-1947

مراجع

1. ليم بو ، كيم هج ، جيل نام هـ. ليف شيخوخة. Annu Rev Plant Biol. 2007 ؛ 58 (1): 115-136. دوى: 10.1146 / أنوريف. الزرع .57.032905.105316.

2. شهري و طاهر الأول. شيخوخة الأزهار: بعض الجوانب الجزيئية. بلانتا. 2014 ؛ 239 (2): 277-297. دوى: 10.1007 / ثانية 00425-013-1984- ض.

3. Shibuya K، Ichimura K. علم وظائف الأعضاء والبيولوجيا الجزيئية لشيخوخة الأزهار. فسيولوجيا نضج المحاصيل بعد الحصاد. الطبعة الأولى. بوكا راتون: مطبعة اتفاقية حقوق الطفل ؛ 2016. ص. 109-125.

4. Woo HR، Masclaux-Daubresse C، Lim PO. شيخوخة النبات: كيف تعرف النباتات متى وكيف تموت. J Exp Bot. 2018 ؛ 69 (4): 715-718. دوى: 10.1093 / jxb / ery011.

5. Yadava P ، Singh A ، Kumar K ، Singh I. شيخوخة النبات والزراعة. شيخوخة الإشارات والتحكم في النباتات. الصحافة الأكاديمية 2019. ص 283-302. دوى: 10.1016 / ب 978-0-12- 813187-9. 00018-4

6. Veen H ، Van de Geijn S. التنقل والشكل الأيوني للفضة فيما يتعلق بطول عمر القرنفل المقطوع. بلانتا. 1978 ؛ 140 (1): 93-96. دوى: 10.1007 / BF00389386.

7. ريد إم إس ، وو إم جي. الإيثيلين وشيخوخة الأزهار. تنظيم نمو النبات. 1992 ؛ 11 (1): 37-43. دوى: 10.1007 / BF00024431.

8. ستابي جي إل ، بازل آر إم ، ريد إم إس ، دودج إل إل. فعالية المنتجات التجارية المضادة للإيثيلين لزهور القطف. هورت تكنولوجي. 1993 ؛ 3 (2): 199-202. دوى: 10.21273 / HORTTECH.3.2.199.

9. فان دورن دبليو فئات شيخوخة البتلة وانفصالها: إعادة تقييم. آن بوت. 2001 ؛ 87 (4): 447-456. دوى: 10.1006 / anbo.2000.1357.

10. يوان R ، كاربو د. تأثيرات NAA و AVG و 1- MCP على التخليق الحيوي للإيثيلين ، وقطرة الفاكهة قبل الحصاد ، ونضج الثمار ، وجودة التفاح "الذهبي الممتاز" و "الذهبي اللذيذ". HortScience. 2007 ؛ 42 (1): 101-105. دوى: 10.21273 / HORTSCI.42.1.101.

11. أنتوني مف ، Coggins JCW. فعالية خمسة أشكال من 2 ، 4- D في السيطرة على انخفاض الفاكهة قبل الحصاد في الحمضيات. Sci Hortic. 1999 ؛ 81 (3): 267-277. دوى: 10.1016 / جنوب 0304-4238 (99) 00015-1.

12. Nayani S، Mayak S، Glick BR. تأثير البكتيريا الجذرية المعززة لنمو النبات على شيخوخة بتلات الزهور. الهندي J أكسب بيول. 1998 ؛ 36: 836-839.

13. علي إس ، تشارلز تي ، جليك ب. تأخير شيخوخة الأزهار بواسطة الخلايا الداخلية البكتيرية التي تعبر عن 1- aminocyclopropane -1- carboxylate deaminase. J أبل ميكروبيول. 2012 ؛ 113 (5): 1139-1144. دوى: 10.1111 / j. 1365-2672. 2012.05409.x.

14. Carlson AS ، Dole JM ، Matthysse AG ، Hoffmann WA ، Kornegay JL. تؤثر أنواع البكتيريا ودرجة الحموضة في المحلول على جودة ما بعد الحصاد لقطع الزينيا ايليجانس. Sci Hortic. 2015 ؛ 194: 71-78. دوى: 10.1016 / j.scienta.2015.07.044.

15. ناينغ آه ، وين إن إم ، هان جي إس ، ليم كي بي ، كيم سي كي. دور الفضة النانوية والسلالة البكتيرية Enterobacter cloacae في زيادة عمر إناء القرنفل المقطوع "Omea". علوم النبات الأمامية. 2017 ؛ 8: 1590. دوى: 10.3389 / fpls.2017.01590.

16. Kuan KB، Othman R، Rahim KA، Shamsuddin ZH. تلقيح البكتيريا الجذرية المعززة لنمو النبات لتعزيز النمو الخضري وتثبيت النيتروجين وإعادة تعبئة النيتروجين في الذرة