Tecnologia Científica

Levedura e bactérias juntas biossintetizam hormônios vegetais para controle de ervas daninhas
Pela primeira vez, os cientistas liderados pela UC Riverside sintetizaram estrigolactonas de micróbios. O trabalho está publicado na revista de acesso aberto, Science Advances .
Por Holly Ober - 18/09/2021


Domínio público

As plantas regulam seu crescimento e desenvolvimento usando hormônios, incluindo um grupo chamado estrigolactonas, que evita o brotamento e a ramificação excessivos. Pela primeira vez, os cientistas liderados pela UC Riverside sintetizaram estrigolactonas de micróbios. O trabalho está publicado na revista de acesso aberto, Science Advances .

As estrigolactonas também ajudam as raízes das plantas a formar relações simbióticas com microorganismos que permitem à planta absorver nutrientes do solo. Esses dois fatores levaram ao interesse agrícola no uso de estrigolactonas para controlar o crescimento de ervas daninhas e parasitas de raízes, bem como melhorar a absorção de nutrientes.

Esses compostos de extrusão de raízes não vêm sem riscos. Eles também estimulam a germinação de ervas daninhas e vassouras, que podem causar o colapso de safras inteiras de grãos, tornando a pesquisa completa essencial antes do desenvolvimento comercial. Os cientistas ainda estão aprendendo sobre os papéis fisiológicos desempenhados por esse grupo diversificado de hormônios nas plantas . Até recentemente, a fabricação de estrigolactonas puras para estudos científicos era difícil e muito cara para uso agrícola.

"Nosso trabalho fornece uma plataforma única para investigar a biossíntese e evolução da estrigolactona e estabelece a base para o desenvolvimento de processos de bioprodução microbiana de estrigolactona como fonte alternativa", disse o autor correspondente Yanran Li, professor assistente de engenharia química e ambiental da UC Riverside.

Junto com o coautor Kang Zhou da National University Singapore, Li dirigiu um grupo que inseriu genes de plantas associados à produção de estrigolactona em fermento de padeiro comum e bactérias Escherichia coli não patogênicas que, juntas, produziram uma variedade de estrigolactonas.

Produzir estrigolactonas a partir de leveduras acabou sendo um grande desafio. Embora a levedura modificada seja conhecida por modificar o precursor da estrigolactona, chamada carlactona, ela não conseguiu sintetizar a carlactona com nenhum dos genes específicos usados ​​pelos pesquisadores.

"Este projeto começou no início de 2018, mas por mais de 20 meses basicamente não houve progresso. A enzima de controle DWRF27 não é funcional, não importa o quanto tentemos na levedura", disse Li. "Kang desenvolveu uma técnica de consórcio microbiano para produzir um precursor de Taxol em 2015 e isso inspirou esta colaboração maravilhosa."

A equipe se voltou para a E. coli , que já havia se mostrado capaz de produzir carlactona. A carlactona produzida, no entanto, era instável e não poderia ser modificada posteriormente por E. coli modificada em nenhuma estrigolactona. O grupo de Li conseguiu otimizar e estabilizar o precursor da carlactona.

Para sua alegria, quando a levedura e a bactéria foram cultivadas juntas no mesmo meio, a E. coli e a levedura trabalharam em equipe: a E. coli produziu carlactona e a levedura a transformou em vários produtos finais de estrigolactona. O método também produziu estrigolactonas suficientes para extrair e estudar. Usando essa plataforma, o grupo identificou a função de múltiplas enzimas biossintéticas da estrigolactona , mostrando que a laranja doce e a uva têm potencial para sintetizar estrigolactonas do tipo orobancol.

A equipe também projetou o metabolismo do micróbio para aumentar a produção de estrigolactona em três vezes, para 47 microgramas por litro, o suficiente para estudos científicos. Embora a produção comercial de estrigolactonas ainda esteja muito longe, o novo método para biossintetizá-las a partir de um consórcio levedura-bactéria ajudará os cientistas a aprender mais sobre esse importante grupo de hormônios vegetais, especialmente as enzimas envolvidas.

As enzimas são catalisadores de proteínas e são responsáveis ​​pela modificação da carlactona pela levedura. Como a carlactona é instável, não pode ser comprada de fontes comerciais. Como resultado, muitos cientistas de plantas têm dificuldade em estudar novas enzimas que podem funcionar para transformar a carlactona em estrigolactonas.

"A nova cocultura levedura-bactéria fornece uma maneira conveniente para os cientistas concluírem esses trabalhos porque a bactéria produz a carlactona in situ", disse Zhou. "Com a descoberta de mais enzimas e a otimização do consórcio microbiano, podemos fabricar estrigolactonas em quantidade no futuro."

O artigo é intitulado "Estabelecimento do consórcio de levedura -bactéria produtora de estrigolactona ".

 

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