Auslösen parasitärer Pflanzen Selbstmord, um den Landwirten zu helfen

Parasitäre Unkräuter sind rücksichtslose Freeloader, die Nährstoffe aus Ernte und verheerenden Ernten stehlen. Aber was wäre, wenn die Landwirte diese Invasoren in die Selbstzerstörung bringen könnten? Wissenschaftler von UC Riverside glauben, sie hätten einen Weg gefunden.

In Afrika südlich der Sahara und in Teilen Asiens können Orte, die bereits mit Nahrungsmittelunsicherheit zu kämpfen haben, ganze Felder von Grundnahrungsmitteln wie Reis und Sorghum an eine Gruppe von heimtückischen Unkräutern verloren gehen, die die Pflanzen ihrer Nährstoffe entleeren, bevor sie wachsen können. Die Landwirte kämpfen gegen diese Parasiten mit wenigen wirksamen Werkzeugen, aber UCR -Forscher können die eigene Biologie der Unkraut gegen sie wenden.

Dieser Trick ist detailliert in der Zeitschrift Wissenschaftund im Herzen liegt eine Klasse von Hormonen, die als Strigolaktone bezeichnet werden – ehemalige Chemikalien, die zwei Rollen spielen. Intern tragen sie dazu bei, das Wachstum und die Reaktion der Pflanzen auf Belastungen wie unzureichendes Wasser zu kontrollieren. Äußerlich tun sie etwas, das für Pflanzenhormone ungewöhnlich ist.

„Die meiste Zeit strahlen Pflanzenhormone nicht äußerlich aus-sie werden nicht ausstrahlt. „Pflanzen verwenden Strigolaktone, um Pilze im Boden anzulocken, die eine vorteilhafte Beziehung zu Pflanzenwurzeln haben.“

Unglücklicherweise haben parasitäre Unkräuter für die Landwirte gelernt, die Strigolacton -Signale zu entführen und sie als Einladung zum Eindringen zu verwenden.

Sobald das Unkraut das Vorhandensein von Strigolaktonen spürt, keimen sie sich an die Wurzeln einer Ernte, wobei sie sie aus essentiellen Nährstoffen entlassen.

„Diese Unkräuter warten darauf, dass ein Signal aufwacht. Wir können ihnen dieses Signal zur falschen Zeit geben – wenn es kein Essen für sie gibt -, sodass sie sprießen und sterben“, sagte Nelson. „Es ist, als würde man ihren eigenen Wechsel gegen sie drehen und sie im Wesentlichen dazu ermutigen, Selbstmord zu begehen.“

Um die Strigolacton -Produktion zu verstehen, entwickelte das von Yanran Li geleitete Forschungsteam, früher bei UCR und jetzt an der UC San Diego, ein innovatives System mit Bakterien und Hefe. Durch die Entwicklung von E. coli und Hefezellen, die wie winzige chemische Fabriken funktionieren, haben sie die biologischen Schritte nachgebildet, die zur Herstellung dieser Hormone erforderlich sind. Dieser Durchbruch ermöglicht es Forschern, die Strigolacton -Synthese in einer kontrollierten Umgebung zu untersuchen und möglicherweise große Mengen dieser wertvollen Chemikalien zu produzieren.

Die Forscher untersuchten auch die Enzyme, die für die Herstellung von Strigolaktonen verantwortlich sind, und identifizierten einen metabolischen Zweigpunkt, der für die Entwicklung dieser Hormone von internen Regulatoren zu externen Signalen entscheidend gewesen sein könnte.

„Dies ist ein starkes System zur Untersuchung von Pflanzenenzymen“, sagte Nelson. „Es ermöglicht es uns, Gene zu charakterisieren, die noch nie untersucht wurden, und sie zu manipulieren, um zu sehen, wie sie die Art der hergestellten Strigolaktone beeinflussen.“

Über die Landwirtschaft hinaus versprechen Strigolactone für medizinische und Umweltanwendungen. Einige Studien deuten darauf hin, dass sie als Anti-Krebs- oder Antivirenmediziner verwendet werden könnten, und es besteht Interesse an ihrer potenziellen Rolle bei der Bekämpfung von Zitrusgrünerkrankungen, die in Florida in großem Maßstab Schäden an Zitrusfrüchten verursacht.

Wissenschaftler haben immer noch Fragen darüber, ob die Strategie der Unkraut-Selbstmord in realen Bereichen funktionieren wird. „Wir testen, ob wir das chemische Signal fein stimmen können, um noch effektiver zu sein“, sagte Nelson. „Wenn wir können, könnte dies ein Spielveränderer für Landwirte sein, die gegen diese Unkraut kämpfen.“

Diese Forschung wurde von der angesehenen UCR-Professorin und Genetikerin Julia Bailey-Serres geleitet.