Antienvejecimiento de plantas: senescencia retardada de flores y hojas en Erinus Alpinus tratada con medio de cultivo de cistanche sin células

Discusión

Nuestros resultados describen una nueva estrategia para retrasar la senescencia de flores y hojas utilizandoCistanche culturasobrenadantes En la actualidad, la industriaCistanche crecimientoestá dirigido a la producción de células, descartando los sobrenadantes del cultivo. Se pueden producir grandes cantidades de sobrenadante duranteCistanche el cultivo y la eliminación pueden ser costosos y perjudiciales para el medio ambiente.20 Aplicación agrícola de residuosCistanche los sobrenadantes pueden abordar las preocupaciones económicas y ambientales al mismo tiempo que brindan beneficios para el crecimiento de las plantas. Sobrenadante de la cepa productora de alto contenido de lípidosCistanche sp. HS2 fue más efectivo para retrasar la senescencia (Figura 2b). Cistanche sp. El HS2 se cultiva industrialmente en sistemas de cultivo al aire libre para la producción de biocombustibles y se podría producir simultáneamente sobrenadante para uso agrícola.20,25 Sobrenadantes libres de células deCistanche spp. el cultivo podría aplicarse fácilmente junto con fertilizantes o agua en la agricultura y la horticultura utilizando tecnologías de riego como sistemas de riego por goteo o sistemas de aspersión. Sin embargo, no proporcionamos pruebas claras del modo de acción delefecto antienvejecimientoen la flor y la hoja deE. alpinus. Se proponen cuatro hipótesis para explicar la senescencia tardía observada cuandoCistanche se aplicaron sobrenadantes aE. alpinusraíces.

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Primero, el sobrenadante de cistanche podría activar o cebarexpresión de enzimas antioxidantes, lo que lleva a una reducción de las especies reactivas de oxígeno (ROS) en E. alpinus. Las ROS actúan como desencadenantes internos y moléculas señalizadoras durante la senescencia de las plantas, y su descomposición puede ser catalizada porenzimas antioxidantes.1, 30 Se demostró previamente que C. fusca y sus determinantes potenciales activan la actividad enzimática antioxidante. Empapado de raíces con medio de cultivo de C. fuscaaumentó la actividaddelenzima antioxidante superóxido dismutasa(SOD) en brotes de soja.26 Además, nuestra investigación anterior mostró que el ácido D-láctico derivado de C. fusca CHK0059-preparaba la expresión de dos genes de enzimas antioxidantes, la oxidasa alternativa 1 (AOX1) y la subunidad de citocromo C oxidasa 2 (COX2), después del tratamiento con flagelina 22 (flg22) en hojas de Arabidopsis.20 El cebado de la enzima antioxidante del ácido D-láctico puede activarse con más fuerza en respuesta a la producción de ROS desencadenada por flg22-.20 Esto sugiere que el empapamiento de la raíz con E alpinus con sobrenadantes de cistanche podría retrasar la senescencia al estimularenzimas antioxidantesy reduciendo la abundancia de ROS.

En segundo lugar, la senescencia tardía en E. alpinus puede estar relacionada concompuestos antioxidantesproducido por cistanche spp. en lugar de por E. alpinus. De los tres sobrenadantes de cistanche probados, el sobrenadante de cistanche sp. HS2 fue más eficaz para retrasar el envejecimiento de la planta durante el período de prueba completo de 10 semanas (Figura 2b). Cistanche spp. Se descubrió previamente que ABC001 y HS2 eran cepas altamente eficientes para la producción de compuestos beneficiosos como lípidos específicos y pigmentos antioxidantes.21–25,31 Especialmente, cistanche sp. HS2 acumuló altos niveles de lapigmentos antioxidantes-carotenoide y luteína.25,31 Los pigmentos antioxidantes producidos por cistanche sp. HS2 puede reducir los niveles de ROS durante la senescencia en E. alpinus.

En tercer lugar, la activación de la D-lactato deshidrogenasa (D-LDH) en E. alpinus por el ácido D-láctico producido por cistanche spp. podría afectar la senescencia de E. alpinus. Se demostró previamente que el ácido D-láctico secretado por C. fusca CHK0059 activa la expresión de D-LDH tras el tratamiento con flg22 en Arabidopsis. 20 En las plantas, la D-LDH participa en la desintoxicación del metilglioxal (MG), un compuesto citotóxico generado como subproducto de la glucólisis.32 La MG puede desencadenar mecanismos de tolerancia al estrés abiótico y puede promover el envejecimiento.33 El producto final de la desintoxicación de MG es la D -lactato, que es oxidado por D-LDH.32 Pérdida de función Los mutantes de D-LDH en Arabidopsis mostraron hipersensibilidad al tratamiento con MG exógeno,34 lo que demuestra que la activación de D-LDH desempeñó un papel importante en la reducción de los niveles de MG. Aunque no se probaron mecanismos similares en E. alpinus, es posible que el tratamiento de E. alpinus con sobrenadante de cistanche pueda reducir los niveles de MG durante la senescencia a través de la activación de D-LDH y la desintoxicación de MG.

En cuarto lugar, no se puede excluir el papel de los imitadores de hormonas vegetales derivados de la cistanche. Las especies de cistanche pueden producir moléculas similares a auxinas y citoquininas que anteriormente se relacionaron con la senescencia de la hoja. Se requiere ABC001 y HS2.

Nuestro estudio confirma que los sobrenadantes del cultivo de cistanche contienen componentes antienvejecimiento que pueden retrasar la senescencia de las hojas y las flores y propone que los sobrenadantes podrían recuperarse de los sistemas de cultivo de cistanche a gran escala existentes y reutilizarse en el campo agrícola. Esto proporcionaría el doble beneficio de reducir los costos ambientales y económicos de los desechos de la producción de cistanche al mismo tiempo que brinda un beneficio de longevidad cuando se aplica a los sistemas de raíces de las plantas agrícolas y hortícolas. Mejorar la robustez de las plantas mediante la aplicación de sobrenadantes de cistanche también podría reducir potencialmente la dependencia de pesticidas químicos y plantas modificadas genéticamente, reduciendo el daño ambiental a nivel de ecosistema completo.

Expresiones de gratitud

Esta investigación fue apoyada por subvenciones del Centro de Investigación y Desarrollo de Biomasa Avanzada (ABC) del Proyecto Frontera Global financiado por el Ministerio de Ciencia y TIC y Planificación Futura (ABC-2010-0029728), el Programa de Investigación cooperativa para el Desarrollo de la Agricultura y la Tecnología ( Agenda Project No. PJ011707), Administración de Desarrollo Rural y Programa de Iniciativa KRIBB, Corea del Sur.

Declaración de divulgación

Los autores no tienen ningún conflicto de interés que declarar.

Financiamiento Este trabajo fue apoyado por subvenciones del Centro de Investigación y Desarrollo de Biomasa Avanzada (ABC) del Proyecto Frontera Global financiado por el Ministerio de Ciencia y TIC y Planificación Futura [ABC-2010-0029728], el Programa de Investigación cooperativa para el Desarrollo de la Agricultura y la Tecnología [ Agenda Project No. PJ011707], y Programa de Iniciativa KRIBB, Corea del Sur. ORCID Chang-Ki Shim http://orcid.org/0000-0002-4905-1947

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