Дрожжи и бактерии совместно биосинтезируют растительные гормоны для борьбы с сорняками

Ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде впервые синтезировали важную группу растительных гормонов — стриголактоны — с помощью микробов. Работа опубликована в открытом журнале Science Advances.

Стриголактоны регулируют рост и развитие растений, предотвращая чрезмерное ветвление. Они также помогают корням формировать симбиотические отношения с микроорганизмами для поглощения питательных веществ из почвы. Эти свойства вызывают сельскохозяйственный интерес: стриголактоны могут помочь контролировать рост сорняков и корневых паразитов, а также улучшить усвоение питательных веществ.

Однако эти соединения также стимулируют прорастание сорняков-паразитов, таких как заразиха и стрига, что может привести к потере урожая. До недавнего времени производство чистых стриголактонов для научных исследований было сложным и слишком дорогим для сельскохозяйственного применения.

Исследователи под руководством Яньран Ли и Кан Чжоу вставили гены растений, связанные с производством стриголактонов, в обычные пекарские дрожжи и непатогенные бактерии Escherichia coli. Вместе они произвели ряд стриголактонов.

Производство стриголактонов только из дрожжей оказалось очень сложным. Хотя известно, что модифицированные дрожжи могут изменять предшественник стриголактонов — карлактон, они не могли его синтезировать. Бактерии E. coli могли производить карлактон, но он был нестабилен и не мог быть модифицирован в стриголактоны.

Решение было найдено в совместном культивировании. Когда дрожжи и бактерии выращивали вместе в одной среде, они работали в команде: E. coli производила карлактон, а дрожжи превращали его в различные конечные продукты-стриголактоны. Метод также позволил получить достаточно стриголактонов для их выделения и изучения.

С помощью этой платформы группа определила функцию нескольких ферментов биосинтеза стриголактонов, показав, что сладкий апельсин и виноград имеют потенциал для синтеза стриголактонов типа оробанхола.

Команда также модифицировала метаболизм микробов, чтобы увеличить производство стриголактонов в три раза — до 47 микрограммов на литр, что достаточно для научных исследований.

Новый метод биосинтеза из консорциума дрожжей и бактерий поможет ученым больше узнать об этой важной группе растительных гормонов, особенно об участвующих ферментах. Поскольку карлактон нестабилен и его нельзя купить, многие исследователи испытывают трудности в изучении новых ферментов, преобразующих его.

«Новая совместная культура дрожжей и бактерий предоставляет удобный способ для ученых выполнить такую работу, потому что бактерия производит карлактон in situ», — сказал Чжоу.