Planteforsvarslaget har uventet effekt på flygtige forbindelser, undersøgelse finder

En biokemiker fra Purdue University og hendes kolleger har været banebrydende for nye metoder til at øge produktionen af ​​flygtige forbindelser, der er vigtige for planteforsvar og til brug i biobrændstoffer, lægemidler og andre produkter. Mens vi undersøger, hvordan planter mere effektivt kan udsende disse forbindelser, Natalia Dudarevas hold fandt også en uventet faktor, der spiller en rolle i plantecellulære funktioner.

Dudarevas team havde tidligere analyseret emission af flygtige forbindelser gennem plasmamembraner og arbejdede på at forenkle passagen gennem neglebåndet, et voksagtigt stof på overfladen af ​​planteorganer, der er en del af en plantes forsvar mod patogener og skadedyr. Kutikula hjælper også planter med at holde på vandet, og kan på samme måde fange flygtige forbindelser i væv.

Løsningen, holdet tænkte, ville være at tynde neglebåndet. Laboratoriet gjorde det ved manuelt at fjerne noget af neglebåndet fra petunia-blomster og udvikle genetisk ændrede petuniaer, der havde tyndere neglebånd.

"Hvis neglebåndet fungerer som en barriere på ydersiden af ​​en blomst, logisk set skulle du tro, at en tyndere neglebånd ville gøre det lettere for flygtige plantestoffer at bevæge sig igennem det, " sagde Dudareva, en fremtrædende professor i biokemi og midlertidig direktør for Purdue Center for Plant Biology. "Vi så det modsatte, imidlertid. Udtynding af neglebåndet førte til reducerede emissioner af flygtige stoffer og endnu mindre produktion af disse stoffer i planterne generelt."

Forud for disse fund, som blev offentliggjort i tidsskriftet Naturens kemiske biologi , neglebåndet var ikke kendt for at spille nogen rolle i internt flygtigt stofskifte. Holdet, som også omfattede biokemi postdoc-forsker Pan Liao og kemiingeniørstuderende Rick Ray, fandt ud af, at nøgleproblemet er, at hydrofobe flygtige forbindelser tiltrækkes af at akkumulere i den hydrofobe kutikula, som forhindrer intern cellulær opbygning.

"Da vi gjorde neglebåndet tyndere, vi reducerede mængden af ​​flygtigt lager, " sagde Joseph Lynch, en forsker i Dudarevas laboratorium. "Uden noget sted at tage hen, at producere den samme mængde flygtige stoffer ville have været giftig for planten. Cellerne måtte enten reducere produktionen af ​​flygtige stoffer eller dø."

John Morgan, professor i kemiteknik, sagde, at resultaterne gjorde det muligt for holdet at finde på udtrykket "flygtig emissionsfaktor, " som er forholdet mellem hastigheden af ​​flygtige stoffer, der udsendes, og hastigheden af ​​flygtige stoffer, der syntetiseres i anlægget. Parameteren bør være anvendelig for alle flygtige anlæg.

"Vi kemiingeniører bliver begejstrede for dimensionsløse tal, og vi havde mulighed for at udvikle en her, " sagde Morgan. "Vi håber, at folk tager dette til sig i deres arbejde."

Fremadrettet, Dudareva og hendes team vil fortsætte med at arbejde på metoder til at øge emissionen af ​​flygtige forbindelser i planter, herunder at undersøge, hvordan fortykkelse af neglebåndet kan påvirke produktion og emissioner.

"Vi lærte, at neglebåndet er en vask, og hvis du ikke har den vask, cellerne lukker produktionen af ​​disse flygtige stoffer, " sagde Dudareva. "Dette gør stigende emissioner mere kompliceret, end vi engang troede, men kaster lys over faktorer, der kan påvirke produktionen af ​​disse forbindelser."