Anti-penuaan Tumbuhan: Penuaan Bunga Dan Daun Tertunda dalam Erinus Alpinus Dirawat Dengan Medium Penanaman Cistanche Tanpa Sel

Perbincangan

Keputusan kami menerangkan strategi baru untuk melambatkan penggunaan bunga dan daun tuacistanche budayasupernatan. Pada masa ini, perindustriancistanche pertumbuhanbertujuan untuk pengeluaran sel, dengan supernatan kultur dibuang. Sejumlah besar supernatan boleh dihasilkan semasacistanche penanaman, dan pelupusan boleh menjadi mahal dan merosakkan alam sekitar.20 Aplikasi sisa pertaniancistanche supernatan boleh menangani kebimbangan ekonomi dan alam sekitar sambil memberikan faedah pertumbuhan tumbuhan. Supernatan daripada strain yang menghasilkan lipid tinggicistanche sp. HS2 paling berkesan dalam melambatkan penuaan (Rajah 2b). cistanche sp. HS2 ditanam secara industri dalam sistem penanaman luar untuk pengeluaran biofuel, dan supernatan untuk kegunaan pertanian boleh dihasilkan secara serentak.20,25 Supernatan bebas sel daripadacistanche spp. penanaman boleh digunakan dengan mudah bersama baja atau air dalam pertanian dan hortikultur menggunakan teknologi penyiraman seperti sistem pengairan titisan atau sistem pemercik. Walau bagaimanapun, kami tidak memberikan bukti yang jelas tentang cara tindakan untukkesan anti-penuaanpada bunga dan daunE. alpinus. Empat hipotesis dicadangkan untuk menjelaskan penuaan tertunda yang diperhatikan apabilacistanche supernatan telah digunakan untukE. alpinusakar.

Klik Di Sini Untuk Mendapatkan Maklumat Lanjut Mengenai Cistanche Untuk Anti-Penuaan

Pertama, supernatan cistanche mungkin aktif atau primaekspresi enzim anti-oksidan, membawa kepada pengurangan spesies oksigen reaktif (ROS) dalam E. alpinus. ROS bertindak sebagai pencetus dalaman dan molekul isyarat semasa penuaan tumbuhan, dan pecahannya boleh dimangkin olehenzim antioksidan.1, 30 C. fusca dan penentu potensinya sebelum ini ditunjukkan untuk mengaktifkan aktiviti enzim antioksidan. Rendam akar dengan medium kultur C. fuscameningkatkan aktivitidaripadaenzim antioksidan superoksida dismutase(SOD) dalam pucuk kacang soya.26 Selain itu, penyelidikan kami sebelum ini menunjukkan bahawa C. fusca CHK0059-asid D-laktik yang diperolehi menyempurnakan ekspresi dua gen enzim antioksidan, oksidase alternatif 1 (AOX1) dan subunit sitokrom C oksidase 2 (COX2), selepas rawatan flagellin 22 (flg22) dalam daun Arabidopsis.20 Penyebuan enzim antioksidan asid laktik D mungkin diaktifkan dengan lebih kuat sebagai tindak balas kepada flg22-yang mencetuskan pengeluaran ROS.20 Ini menunjukkan bahawa akar membasahi E alpinus dengan supernatan cistanche mungkin melambatkan penuaan dengan merangsangenzim antioksidandan mengurangkan kelimpahan ROS.

Kedua, penuaan tertunda dalam E. alpinus mungkin dikaitkan dengansebatian antioksidandihasilkan oleh cistanche spp. bukannya oleh E. alpinus. Daripada tiga supernatan cistanche yang diuji, supernatan daripada cistanche sp. HS2 adalah paling berkesan dalam melambatkan penuaan tumbuhan sepanjang tempoh percubaan 10 minggu penuh (Rajah 2b).cistanche spp. ABC001 dan HS2 sebelum ini didapati sebagai strain yang sangat cekap untuk penghasilan sebatian berfaedah seperti lipid spesifik dan pigmen antioksidan.21–25,31 Terutamanya, cistanche sp. HS2 terkumpul tahap tinggipigmen antioksidan-karotenoid dan lutein.25,31 Pigmen idan antiox yang dihasilkan oleh cistanche sp. HS2 boleh mengurangkan tahap ROS semasa penuaan dalam E. alpinus.

Ketiga, pengaktifan D-laktat dehidrogenase (D-LDH) dalam E. alpinus oleh asid D-laktik yang dihasilkan oleh cistanche spp. boleh menjejaskan penuaan E. alpinus. Asid D-laktik yang dirembeskan oleh C. fusca CHK0059 sebelum ini ditunjukkan untuk mengaktifkan ekspresi D-LDH semasa rawatan flg22 dalam Arabidopsis. 20 Dalam tumbuhan, D-LDH terlibat dalam detoksifikasi methylglyoxal (MG), sebatian sitotoksik yang dihasilkan sebagai hasil sampingan glikolisis.32 MG boleh mencetuskan mekanisme toleransi tekanan abiotik dan boleh menggalakkan penuaan.33 Hasil akhir detoksifikasi MG ialah D -laktat, yang dioksidakan oleh D-LDH.32 Kehilangan fungsi mutan D-LDH dalam Arabidopsis menunjukkan hipersensitiviti terhadap rawatan dengan MG eksogen,34 menunjukkan bahawa pengaktifan D-LDH memainkan peranan penting dalam mengurangkan tahap MG. Walaupun mekanisme serupa tidak diuji dalam E. alpinus, ada kemungkinan bahawa rawatan E. alpinus dengan supernatan cistanche boleh mengurangkan tahap MG semasa penuaan melalui pengaktifan detoksifikasi D-LDH dan MG.

Keempat, peranan meniru hormon tumbuhan yang berasal dari cistanche tidak boleh dikecualikan. spesies cistanche boleh menghasilkan molekul seperti auksin dan sitokinin yang sebelum ini dikaitkan dengan penuaan daun.35,36 Penyelidikan kami sebelum ini tidak menemui fitohormon dalam supernatan C. fusca,20 tetapi penilaian tahap fitohormon dalam supernatan cistanche sp. ABC001 dan HS2 diperlukan.

Kajian kami mengesahkan bahawa supernatan kultur cistanche mengandungi komponen anti-penuaan yang boleh melambatkan penuaan daun dan bunga dan mencadangkan bahawa supernatan boleh diambil daripada sistem penanaman cistanche berskala besar sedia ada dan digunakan semula dalam bidang pertanian. Ini akan memberikan manfaat ganda untuk mengurangkan kos alam sekitar dan ekonomi sisa pengeluaran cistanche sambil memberikan manfaat jangka hayat apabila digunakan pada sistem akar tanaman pertanian dan hortikultur. Meningkatkan keteguhan tumbuhan dengan menggunakan supernatan cistanche juga berpotensi mengurangkan pergantungan pada racun perosak kimia dan tumbuhan yang diubah suai secara genetik, mengurangkan kerosakan alam sekitar pada peringkat keseluruhan ekosistem.

Ucapan terima kasih

Penyelidikan ini disokong oleh geran daripada Advanced Biomass R&D Centre (ABC) bagi Projek Global Frontier yang dibiayai oleh Kementerian Sains dan ICT dan Perancangan Masa Depan (ABC-2010-0029728), Program Penyelidikan Koperasi untuk Pertanian dan Pembangunan Teknologi ( Nombor Projek Agenda PJ011707), Pentadbiran Pembangunan Luar Bandar, dan Program Inisiatif KRIBB, Korea Selatan.

Kenyataan pendedahan

Penulis tidak mempunyai konflik kepentingan untuk diisytiharkan.

Pembiayaan Kerja ini disokong oleh geran daripada Advanced Biomass R&D Centre (ABC) bagi Projek Global Frontier yang dibiayai oleh Kementerian Sains dan ICT dan Perancangan Masa Depan [ABC-2010-0029728], Program Penyelidikan Koperasi untuk Pertanian dan Pembangunan Teknologi [ Nombor Projek Agenda PJ011707], dan Program Inisiatif KRIBB, Korea Selatan. ORCID Chang-Ki Shim http://orcid.org/0000-0002-4905-1947

Rujukan

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

2. Shahri W, Tahir I. Penuaan bunga: beberapa aspek molekul. Planta. 2014;239(2):277–297. doi:10.1007/s00425-013-1984-z.

3. Shibuya K, Ichimura K. Fisiologi dan biologi molekul penuaan bunga. Fisiologi pematangan selepas tuaian tanaman. ed pertama. Boca Raton: CRC Press; 2016. hlm. 109–125.

4. Woo HR, Masclaux-Daubresse C, Lim PO. Penuaan tumbuhan: bagaimana tumbuhan tahu bila dan bagaimana untuk mati.J Exp Bot. 2018;69(4):715–718. doi:10.1093/jxb/ery011.

5. Yadava P, Singh A, Kumar K, Singh I. Penuaan tumbuhan dan pertanian. Isyarat dan kawalan penuaan dalam tumbuhan. Akhbar Akademik; 2019. hlm.283–302. doi:10.1016/B978-0-12- 813187-9.00018-4

6. Veen H, Van de Geijn S. Mobiliti dan bentuk ionik perak yang berkaitan dengan umur panjang carnation yang dipotong. Planta. 1978;140(1):93–96. doi:10.1007/BF00389386.

7. Reid MS, Wu MJ. Etilena dan penuaan bunga. Peraturan Pertumbuhan Tumbuhan. 1992;11(1):37–43. doi:10.1007/BF00024431.

8. Staby GL, Basel RM, Reid MS, Dodge LL. Keberkesanan produk anti-etilena komersial untuk bunga potong segar. Hortteknologi. 1993;3(2):199–202. doi:10.21273/HORTTECH.3.2.199.

9. Van Doorn W. Kategori penuaan dan absisi kelopak: penilaian semula. Ann Bot. 2001;87(4):447–456. doi:10.1006/ anbo.2000.1357.

10. Yuan R, Carbaugh DH. Kesan NAA, AVG dan 1-MCP pada biosintesis etilena, penurunan buah prapenuaian, kematangan buah dan kualiti epal 'Golden supreme dan 'Golden delicious'. HortScience. 2007;42(1):101–105. doi:10.21273/ HORTSCI.42.1.101.

11. Anthony MF, Coggins JCW. Keberkesanan lima bentuk 2, 4-D dalam mengawal penurunan buah prapenuaian dalam sitrus. Sci Hortic. 1999;81(3):267–277. doi:10.1016/S0304-4238(99)00015-1.

12. Nayani S, Mayak S, Glick BR. Kesan rhizobakteria penggalak pertumbuhan tumbuhan pada penuaan kelopak bunga. Indian J Exp Biol. 1998;36:836–839.

13. Ali S, Charles T, Glick B. Kelewatan penuaan bunga oleh endofit bakteria yang menyatakan 1-aminocyclopropane-1-carboxylate deaminase. J Appl Mikrobiol. 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. Spesies bakteria dan pH larutan menjejaskan kualiti pasca tuaian potong Zinnia elegans. 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. Peranan nanosilver dan strain bakteria Enterobacter cloacae dalam meningkatkan hayat pasu carnation potong 'Omea'. Sci Loji Depan. 2017;8:1590. doi:10.3389/fpls.2017.01590.

16. Kuan KB, Othman R, Rahim KA, Shamsuddin ZH. Inokulasi rhizobakteria yang menggalakkan pertumbuhan tumbuhan untuk meningkatkan pertumbuhan vegetatif, penetapan nitrogen dan mobilisasi semula nitrogen jagung