Microben produceren planthormoon

Met een co-cultuur van E. coli en bakkersgist kunnen onderzoekers nu een specifieke groep planthormonen produceren.

Een obscure groep planthormonen kan nu worden gewonnen met een co-cultuur van E. coli en bakkersgist. Het moet het onderzoek naar deze zogeheten strigolactonen in een stroomversnelling brengen.

Normaliter tapt men honderden liters xyleem af van populieren om onderzoek te kunnen doen aan strigolactonen, een belangrijke groep van planthormonen. Nu kan het gewoon in het lab. Met een soort microbiële celfabriek: een co-cultuur van E. coli en bakkersgist die samen 125 keer meer strigolactonen produceren dan eerdere pogingen in het lab. Dat demonstreren Japanse en Amerikaanse biologen 16 januari in Science. Door deze boost in productie is het nu makkelijker om deze obscure groep planthormonen in detail te bestuderen zonder dat daar grote hoeveelheden plantmateriaal voor nodig zijn, schrijven de onderzoekers.

Kiemingsignaal
Planten gebruiken hormonen om zich aan hun omgeving aan te passen en te overleven. Strigolactonen spelen daarin een cruciale rol, want ze reguleren een reeks van verschillende eigenschappen, waaronder de architectuur van scheuten en wortels, veroudering en droogtetolerantie. En bij gebrek aan fosfor en stikstof scheiden plantenwortels de hormonen uit om symbiotische interacties met micro-organismen aan te gaan die helpen bij het tekort aan voedingsstoffen. Anderzijds gebruiken parasitaire planten die zich aan wortels hechten de hormonen als kiemingsignaal of voor chemotropische groei richting hun gastheer.

Aftappen
Maar aangezien strigolactonen slechts in kleine concentraties in planten voorkomen, is onderzoek lastig. Men moet zo’n 340 liter xyleem van zeven of acht populieren aftappen, om vervolgens in het lab na isolatie en purificatie tot een kleine hoeveelheid planthormonen te komen. En eigenlijk heb je voor een gemiddeld onderzoek wel zo’n 1.000 liter xyleem nodig, licht laatste auteur Yanran Li toe in een persbericht van de University of California.

Optimaliseren
Om hier verandering in te brengen, richten de biologen zich op twee genen die wijdverspreid zijn onder zaadplanten en waarvan ze vermoeden dat ze strigolactonen met essentiële biologische functies produceren: CYP722A en CYP722B . Vervolgens brengen ze deze genen uit zestien verschillende plantensoorten – waaronder populier, peper, erwt en perzik – tot expressie via een eerder ontwikkelde co-cultuur van E. coli en S. cerevisiae . Uiteindelijk lukt het om via deze weg de outputconcentraties van strigolactonen te optimaliseren tot 125 keer hoger dan voorheen.

Met deze verhoogde concentraties hebben de onderzoekers voldoende materiaal om de structuur te bepalen van verschillende verbindingen die daaruit rollen. Een daarvan is alvast 16-hydroxy-carlactonic acid , een stof die al wel was beschreven, maar waarvan de functie nog onduidelijk is. De opheldering van de structuur moet daarbij helpen.