Выяснение #946;-1,3-глюканаза и пероксидаза физико-химических свойств защитного механизма клеточной стенки пшеницы против заражения Diuraphis noxia
26 июля 2024 г.
В настоящем протоколе описаны процедуры, используемые для изучения и характеристики ферментов, связанных с клеточной стенкой, главным образом β-1,3-глюканазы и пероксидазы, в растениях пшеницы. Уровень их активности увеличивается во время взаимодействия пшеницы и RWA и участвует в защитной реакции растений через укрепление клеточной стенки, что препятствует питанию тлей.
В этом исследовании мы пытаемся выяснить биохимические функции пероксидазы и бета-1, 3-глюканазы, которые индуцируются при взаимодействии пшеницы и российской пшеничной тли. Ферменты, о которых я упоминал, являются недавними интересными разработками в наших исследованиях, потому что они модифицируют клеточную стенку, клеточную стенку растений при взаимодействии российской пшеничной тли. Из-за этого они препятствуют кормлению устойчивой культуры.
И это исследование является частью программы предварительного разведения, поэтому оно показывает, что биохимия играет роль в воздействии растений. Таким образом, проблема с производством в настоящее время связана с эволюцией биотипов российской пшеничной тли. В настоящее время у нас есть русская пшеничная тля биотип с первого по пятый.
Биотип 5 является наиболее вирулентным, поскольку он преодолел всю устойчивость, присущую генам Diuraphis noxia у коммерческих сортов пшеницы. Следовательно, это означает, что нам необходимо разработать стратегии, которые включают в себя биохимию, селекцию и инсектициды для защиты пшеницы. Мы обнаружили эти ферменты в пероксидазе.
Для нас было важно извлечь IWF из матрицы клеточной стенки, и тогда мы смогли увидеть, что бета-1, 3-глюканаза и пероксидаза связаны с клеточной стенкой или они связаны с клеточной стенкой. А их функция на клетке заключается в следующем. Пероксидаза осуществляет сшивание липина с углеводами, в то время как бета-1, 3-глюканаза регулирует отложение каллозы, делая растение более устойчивым.
Метод, разработанный в нашей лаборатории, может быть использован для извлечения бета-1, 3-глюканазы, а также пероксидазы из клеточной стенки, а также из апопластической области. Это может быть использовано на полях, которые участвуют в росте и развитии растений, а также во взаимодействии с вредителями растений. Кроме того, IWF может продолжить исследования, чтобы найти новые типы дефектантов, которые делают растение восприимчивым.
Обзор
В данном исследовании изучается роль ферментов, связанных с клеточной стенкой, в частности β-1,3-глюканазы и пероксидазы, в растениях пшеницы при взаимодействии с русской пшеничной тлей. Эти ферменты имеют решающее значение для защитной реакции растения, укрепляя целостность клеточной стенки, чтобы препятствовать питанию тли.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Биология растений
- Ферментативная активность
- Механизмы защиты растений
Теоретическая часть
- Русская пшеничная тля представляет значительную угрозу для производства пшеницы.
- Понимание реакций растений на атаки тли имеет важное значение для разработки устойчивых сортов пшеницы.
- Модификации клеточной стенки играют ключевую роль в защите растений.
- Пероксидаза и β-1,3-глюканаза являются ферментами, участвующими в этих модификациях.
Цель исследования
- Для выяснения биохимических функций пероксидазы и β-1,3-глюканазы при взаимодействии с русской пшеничной тлей.
- Для изучения роли этих ферментов в механизмах защиты растений.
- Для поддержки селекционных программ, направленных на повышение устойчивости пшеницы.
Используемые методы
- Характеристика уровней активности ферментов в растениях пшеницы.
- Анализ индукции ферментов при взаимодействии с тлей.
- Оценка механизмов укрепления клеточных стенок.
- Интеграция биохимических данных в стратегии селекции.
Основные результаты
- Повышение активности β-1,3-глюканазы и пероксидазы при взаимодействии с тлями.
- Повышенная целостность клеточных стенок коррелирует со снижением интенсивности питания тлей.
- Полученные результаты подтверждают роль биохимических процессов в защите растений.
- Данные выводы способствуют разработке устойчивых сортов пшеницы.
Заключение
- Ферменты, связанные с клеточной стенкой, имеют жизненно важное значение для защиты пшеницы от тлей.
- Понимание этих механизмов может помочь в программах селекции.
- Будущие исследования должны быть сосредоточены на эволюции биотипов тли и их воздействии на пшеницу.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Характеристика физико-химических свойств ферментов клеточной стенки пшеницы — β-1,3-глюканазы и пероксидазы — дает важные сведения для валидации мишеней на ранних этапах исследований и разработок в области защиты сельскохозяйственных культур. Количественное профилирование ферментативной активности в условиях биотического стресса позволяет с высокой степенью уверенности выбирать признаки устойчивости и определять стратегии пребридинга против эволюционирующих биотипов вредителей. Данный подход способствует обоснованному продвижению линий пшеницы с усиленными механизмами защиты, что напрямую влияет на приоритизацию портфеля в сельскохозяйственной биотехнологии.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишеней
- Позволяет исследовать механизмы путей защиты клеточной стенки при заражении вредителями.
- Обеспечивает функциональную проверку β-1,3-глюканазы и пероксидазы в качестве мишеней, связанных с устойчивостью.
- Способствует прогностическому снижению рисков при выборе кандидатных линий пшеницы на основе профилей ферментативной активности.
Скрининг и разработка анализа
- Устанавливает стандартизированные протоколы экстракции и количественного определения ферментов, связанных с клеточной стенкой.
- Обеспечивает воспроизводимые количественные показатели ферментативной активности при определенных условиях стресса.
- Готовит валидированные биологические системы для последующего скрининга признаков резистентности.
Трансляционные и доклинические исследования
- Сопоставляет биохимические маркеры с фенотипической устойчивостью для обеспечения трансляционной преемственности в программах селекции.
- Позволяет проводить отбор сортов пшеницы с устойчивыми защитными реакциями с учетом оценки рисков.
- Обеспечивает механистическую связь между молекулярной характеристикой и внедрением признаков на полевом уровне.
Интеграция конвейера и рабочих процессов
Данный метод интегрируется в континуум от поиска до предварительной селекции, обеспечивая как валидацию мишеней на основе гипотез, так и количественную оценку признаков для селекции на устойчивость.
- Открывающая биология: Количественные ферментативные анализы позволяют прояснить роль модификации клеточной стенки в устойчивости к вредителям.
- Скрининг: Стандартизированные протоколы обеспечивают воспроизводимое измерение активности защитных ферментов у различных сортов.
- Аналитика: Данные абсорбционной спектроскопии и хроматографии предоставляют надежные сравнительные сведения для отбора признаков.
- Трансляционные исследования: Биохимические маркеры способствуют согласованию лабораторных результатов с показателями устойчивости в полевых условиях.
- Применение в промышленности: Рабочий процесс экстракции и анализа может быть адаптирован для более широких исследований взаимодействий между растениями и патогенами.
Операционное и организационное воздействие
- Научная ценность: повышает достоверность прогнозирования при отборе признаков устойчивости и валидации мишеней.
- Операционная ценность: предоставляет стандартизированные масштабируемые протоколы экстракции ферментов и измерения их активности.
- Стратегическая ценность: служит основой для принятия решений о продолжении или прекращении работы (go/no-go) в процессах предварительной селекции и совершенствования признаков.
- Влияние на портфель: способствует приоритизации линий пшеницы с надежными механизмами защиты с учетом оценки рисков.
Особенности реализации
- Для проведения анализа и интерпретации данных требуются экспертные знания в области биохимии растений и энзимологии.
- Необходим доступ к спектрофотометрическому и хроматографическому оборудованию для количественного анализа.
- Требуется стандартизация протоколов экстракции и анализа между исследовательскими группами для обеспечения воспроизводимости результатов.
- Метод применим к различным сортам пшеницы и, потенциально, к другим системам «культура-патоген».
- Практические ограничения включают стабильность ферментов и специфичность субстрата при различных условиях анализа.
