Forskere finder sammenhæng mellem vigtige planteaminosyrer og essentielle hormoner

Purdue University-forskerne Natalia Dudareva og Joseph Lynch har ledt efter en måde at øge en plantes produktion af phenylalanin på. en forbindelse, der er vigtig for planternes overlevelse og bruges af mennesker i smagsstoffer, dufte, biobrændstoffer, insekticider og lægemidler. Deres arbejde førte sidste år til opdagelsen af ​​en hidtil ukendt metabolisk vej, som de troede kunne konstrueres til at tillade planter at producere mere phenylalanin, end de gør på egen hånd.

En genetisk modifikation, der skulle have øget phenylalaninproduktionen, førte til en uventet reduktion af forbindelsen. Dette tilbageslag, imidlertid, belyste en skjult forbindelse mellem phenylalaninbiosyntese og plantehormonet auxin, som har betydning for ikke kun aminosyremetabolisme, men også vores forståelse af vækst og udvikling.

"I mange år, vi vidste ikke, hvordan fluktuationer gennem disse veje blev reguleret og forbundet med plantehormoner og andre forbindelser, " sagde Dudareva, en fremtrædende professor i biokemi og medlem af Purdues Center for Plantebiologi, hvis resultater blev offentliggjort i Naturens kemiske biologi . "Vi fandt en krydstale med auxin, hvilket kan forklare, hvorfor planter ikke bruger denne anden vej og skaber større mængder phenylalanin."

Planter bruger phenylalanin som byggesten til forbindelser til at tiltrække bestøvere, til forsvar, reproduktion, vækst og udvikling. Selvom det er tilstrækkeligt til disse formål, mængderne er små til menneskelig brug.

Phenylalaninproduktion sker hovedsageligt i plastider, de små organeller som kloroplaster. Men Dudareva, Lynch, som er en Purdue-forsker, og kandidatstuderende Yichun Qian opdagede, at planter også kan producere phenylalanin i cytoplasma og måske være i stand til at lave større mængder der.

Forskerne dyrkede petunia til modenhed, og derefter induceret produktion af et enzym, der ville øge phenylalaninproduktionen i cytosolen.

"Det fungerede smukt. Vi fik en tredobling i phenylalaninsyntese, " sagde Lynch.

Så integrerede de et gen i petunia-genomet, der ville øge produktionen af ​​det samme enzym, som burde have givet lignende resultater. I stedet, phenylalaninproduktionen steg lidt i cytosolen, men faldt markant i plastiderne. Det førte til et samlet fald i phenylalaninproduktionen.

Det er fordi både phenylalanin og auxin, et plantehormon, der er nødvendigt for plantevækst, kan bruge en forbindelse kaldet phenylpyruvat som et substrat for biosyntese. Ved at producere mere phenylalanin i cytosolen, phenylpyruvat steg i det rum og skabte mere auxin.

Små variationer i plantehormoner kan forårsage betydelige udviklingsproblemer. I dette tilfælde, stigningen i auxin førte til produktion af færre plastider og et fald i produktionen af ​​phenylalanin.

"Vores strategi for at skabe mere phenylalanin vil ikke fungere. Vi ramte lidt en blindgyde på grund af den uventede krydstale med auxin, " sagde Lynch. "Vi vil fortsætte med at forsøge at øge phenylalanin, men vi vil arbejde gennem plastid-vejen og forsøge at overvinde de flaskehalse, der begrænser produktionen der."

Dudareva sagde, at resultaterne ikke kun viser, hvordan phenylalanin og auxin er forbundet, men kom med et forslag om, hvorfor planter overhovedet har den sjældnere anvendte cytosoliske vej.

Planter producerer sandsynligvis nok phenylalanin gennem den stramt regulerede plastidvej og producerer ikke mere for ikke at kaste auxinbalancen af. Men når en plante er skadet og har brug for mere phenylalanin til forsvar eller helbredelse, den cytosoliske vej kan sætte gang i gear for at give det nødvendige.

"Det ser ud til, at stien bruges af planter som en første reaktion på stress eller skader, " sagde Dudareva. "Dette er vigtigt at vide, fordi det oprindeligt ikke var klart, om planter overhovedet brugte denne vej til phenylalaninbiosyntese."