Pflanzen-Anti-Aging: Verzögerte Seneszenz von Blüten und Blättern bei Erinus Alpinus, behandelt mit zellfreiem Cistanche-Kultivierungsmedium

Diskussion

Unsere Ergebnisse beschreiben eine neuartige Strategie zur Verzögerung der Seneszenz von Blüten und BlätternCistanche KulturÜberstände. Derzeit industriellCistanche Wachstumzielt auf die Zellproduktion ab, wobei Kulturüberstände verworfen werden. Dabei können große Mengen an Überstand entstehenCistanche Anbau und Entsorgung können teuer und umweltschädlich sein.20 Landwirtschaftliche AbfallverwertungCistanche Überstände können wirtschaftliche und ökologische Bedenken berücksichtigen und gleichzeitig das Pflanzenwachstum fördern. Überstand des stark lipidproduzierenden StammsCistanche sp. HS2 war am wirksamsten bei der Verzögerung der Seneszenz (Abbildung 2b). Cistanche sp. HS2 wird industriell in Freilandanbausystemen zur Herstellung von Biokraftstoffen angebaut, und gleichzeitig könnte Überstand für die landwirtschaftliche Nutzung hergestellt werden.20,25 Zellfreie Überstände vonCistanche spp. Mithilfe von Bewässerungstechnologien wie Tropfbewässerungssystemen oder Sprinkleranlagen könnte der Anbau problemlos zusammen mit Dünger oder Wasser in der Landwirtschaft und im Gartenbau ausgebracht werden. Wir haben jedoch keine eindeutigen Beweise für die Wirkungsweise geliefertAnti-Aging-Effektauf der Blüte und dem BlattE. alpinus. Es werden vier Hypothesen vorgeschlagen, um die beobachtete verzögerte Seneszenz zu erklärenCistanche Überstände wurden aufgetragenE. alpinusWurzeln.

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Zunächst könnte der Cistanche-Überstand aktiviert oder vorbereitet werdenExpression antioxidativer Enzyme, was zu einer Verringerung der reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) in E. alpinus führt. ROS fungieren als interne Auslöser und Signalmoleküle während der Seneszenz von Pflanzen, und ihr Abbau kann durch katalysiert werdenantioxidative Enzyme.1, 30 C. fusca und seine potenziellen Determinanten aktivieren bereits früher die antioxidative Enzymaktivität. Wurzeltränkung mit C. fusca-Kulturmediumerhöhte die Aktivitätdesantioxidatives Enzym Superoxiddismutase(SOD) in Sojasprossen.26 Darüber hinaus haben unsere früheren Untersuchungen gezeigt, dass die von C. fusca CHK0059- abgeleitete D-Milchsäure die Expression von zwei antioxidativen Enzymgenen, der alternativen Oxidase 1 (AOX1) und der Cytochrom-C-Oxidase-Untereinheit, stimuliert 2 (COX2), nach der Behandlung mit Flagellin 22 (flg22) in Arabidopsis-Blättern.20 Das D-Milchsäure-Antioxidans-Enzym-Priming kann als Reaktion auf die durch flg22-ausgelöste ROS-Produktion stärker aktiviert werden.20 Dies deutet darauf hin, dass die Wurzeldurchnässung von E . alpinus mit Cistanche-Überständen könnte durch Stimulierung die Seneszenz verzögernantioxidative Enzymeund Verringerung der Häufigkeit von ROS.

Zweitens könnte eine verzögerte Seneszenz bei E. alpinus damit zusammenhängenantioxidative Verbindungenproduziert von Cistanche spp. eher als von E. alpinus. Von den drei getesteten Cistanche-Überständen war der Überstand von Cistanche sp. HS2 war bei der Verzögerung der Pflanzenalterung über den gesamten 10-wöchigen Versuchszeitraum am wirksamsten (Abbildung 2b).cistanche spp. ABC001 und HS2 erwiesen sich zuvor als hocheffiziente Stämme für die Produktion nützlicher Verbindungen wie spezifischer Lipide und antioxidativer Pigmente.21–25,31 Insbesondere Cistanche sp. HS2 akkumulierte hohe Mengen davonantioxidative Pigmente-Carotinoid und Lutein.25,31 Die von Cistanche sp. produzierten antioxidativen Pigmente. HS2 kann die ROS-Werte während der Seneszenz in E. alpinus verringern.

Drittens: Aktivierung der D-Lactat-Dehydrogenase (D-LDH) in E. alpinus durch D-Milchsäure, die von Cistanche spp. produziert wird. könnte die Seneszenz von E. alpinus beeinflussen. Es wurde zuvor gezeigt, dass die von C. fusca CHK0059 abgesonderte D-Milchsäure die Expression von D-LDH bei der Behandlung mit flg22 in Arabidopsis aktiviert. 20 In Pflanzen ist D-LDH an der Entgiftung von Methylglyoxal (MG) beteiligt, einer zytotoxischen Verbindung, die als Nebenprodukt der Glykolyse entsteht.32 MG kann abiotische Stresstoleranzmechanismen auslösen und das Altern fördern.33 Das Endprodukt der MG-Entgiftung ist D -Laktat, das durch D-LDH oxidiert wird.32 Funktionsverlust D-LDH-Mutanten in Arabidopsis zeigten eine Überempfindlichkeit gegenüber der Behandlung mit exogenem MG,34 was zeigt, dass die D-LDH-Aktivierung eine wichtige Rolle bei der Senkung des MG-Spiegels spielt. Obwohl ähnliche Mechanismen bei E. alpinus nicht getestet wurden, ist es möglich, dass die Behandlung von E. alpinus mit Cistanche-Überstand die MG-Spiegel während der Seneszenz durch Aktivierung von D-LDH und MG-Entgiftung senken kann.

Viertens kann die Rolle von aus Cistanche gewonnenen Pflanzenhormon-Nachahmern nicht ausgeschlossen werden. Cistanche-Arten können Auxin- und Cytokinin-ähnliche Moleküle produzieren, die zuvor mit der Alterung der Blätter in Verbindung gebracht wurden.35,36 Unsere früheren Untersuchungen fanden keine Phytohormone im Überstand von C. fusca,20 aber die Bewertung der Phytohormonspiegel in Überständen von Cistanche sp. ABC001 und HS2 sind erforderlich.

Unsere Studie bestätigt, dass Überstände von Cistanche-Kulturen Anti-Aging-Komponenten enthalten, die die Alterung von Blättern und Blüten verzögern können, und schlägt vor, dass Überstände aus bestehenden groß angelegten Cistanche-Anbausystemen entnommen und im landwirtschaftlichen Bereich wiederverwendet werden könnten. Dies hätte den doppelten Vorteil, dass die ökologischen und wirtschaftlichen Kosten von Cistanche-Produktionsabfällen gesenkt würden, und würde gleichzeitig einen Vorteil für die Langlebigkeit bieten, wenn es auf die Wurzelsysteme landwirtschaftlicher und gartenbaulicher Pflanzen angewendet wird. Die Verbesserung der Pflanzenrobustheit durch die Anwendung von Cistanche-Überständen könnte möglicherweise auch die Abhängigkeit von chemischen Pestiziden und gentechnisch veränderten Pflanzen verringern und so Umweltschäden auf der Ebene des gesamten Ökosystems verringern.

Danksagungen

Diese Forschung wurde durch Zuschüsse des Advanced Biomass R&D Center (ABC) des Global Frontier Project unterstützt, das vom Ministerium für Wissenschaft, IKT und Zukunftsplanung (ABC-2010-0029728), dem kooperativen Forschungsprogramm für Landwirtschaft und Technologieentwicklung ( Agenda Project No. PJ011707), Rural Development Administration und KRIBB Initiative Program, Südkorea.

Offenlegungserklärung

Die Autoren haben keinen Interessenkonflikt zu erklären.

Finanzierung Diese Arbeit wurde durch Zuschüsse des Advanced Biomass R&D Center (ABC) des Global Frontier Project unterstützt, das vom Ministerium für Wissenschaft, IKT und Zukunftsplanung [ABC-2010-0029728], dem kooperativen Forschungsprogramm für Landwirtschaft und Technologieentwicklung, finanziert wird. Agenda-Projekt Nr. PJ011707] und KRIBB-Initiativprogramm, Südkorea. ORCID Chang-Ki Shim http://orcid.org/0000-0002-4905-1947

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