En ny australisk studie av peptidhormoner som är avgörande för växtutveckling kan resultera i omfattande fördelar för jordbruket, vävnadskultur, och relaterade industrier, och till och med förbättra kunskapen om peptider hos människor.

Studien, som involverar forskare från University of Queensland och University of Sydney, syntetiserade och undersökte funktionen av CLE-peptider, en relativt ny klass av peptidhormonfamiljen i växter.

Dr Brett Ferguson från Center for Integrative Legume Research, vid School of Agriculture and Food Sciences vid UQ, sa att forskningen var spännande eftersom CLE -peptider hade viktiga roller för att reglera växtens tillväxt och utveckling, öka produktiviteten samt anpassning till miljöfaktorer.

"CLE-peptiderna kan potentiellt användas för att manipulera växttillväxt, " han sa.

"Även en liten avkastningsökning kan vara oerhört viktig för jordbruket - öka matproduktionen och livsmedelssäkerheten, samtidigt som jordbrukets hållbarhet förbättras.

"Andra studier har visat att en variant av en CLE -peptid kan resultera i större tomatfrukt."

"Fynden öppnar upp nya forskningsområden för att studera specificiteten av funktion/struktur i CLE-peptidsignalsystemet i växter.

"Detta är ett snabbt växande forskningsområde på grund av dess betydelse för jordbruket, mat, och andra industrier som involverar växttillväxt och utveckling. "

Dr Ferguson sa såväl som relevans för växtutveckling, fynden var relevanta för signalering av djurpeptider.

"CLE-peptider är specifika för växter, men peptider och associerade receptorer finns också hos djur/människor. Att förstå mekanismer i växter kan gynna vår förståelse av liknande mekanismer hos människor, " han sa.

Dr Ferguson sa att CLE -peptider var mycket svåra att upptäcka och extrahera från växter på grund av deras lilla storlek och extremt låga koncentration. Som ett resultat, peptiderna måste syntetiseras kemiskt för att testa deras funktion i biologiska analyser.

"Detta är sofistikerad kemi med biologisk relevans, " han sa.

"Att skapa målmolekylen och sedan testa dess biologiska funktion görs inte alltid, speciellt när molekylen, såsom CLE-peptiden, är komplex.

"De få CLE-peptider som har upptäckts har alla modifierats med tre arabinossockermolekyler kopplade samman, " han sa.

"Dock, denna "triarabinosbyggsten" är extremt svår att syntetisera. I vår studie, denna viktiga byggsten syntetiserades med hjälp av avancerade kemiska syntesmetoder.

"Byggstenen som har producerats av Payne Laboratory (School of Chemistry, University of Sydney) är nu lättillgänglig för att få tillgång till syntetiska CLE-peptidhormoner för att testa deras aktivitet i växter med hjälp av utfodringsstudier."

Dr Ferguson sa att studien använde byggstenen för att kemiskt syntetisera CLE40, som är en CLE-peptid som modulerar rotutvecklingen (genom att kontrollera stamcellspopulationen i roten).

"Detta är uppenbarligen ett mycket viktigt peptidhormon för växttillväxt, " han sa.

"Vi utvecklade också en ny analys för att mata CLE40-peptiden och övervaka rottillväxt.

"Med den här analysen, vi visade att byggstenen är viktig för CLE40-aktivitet.

Att modifiera rotarkitekturen via viktiga utvecklingsfaktorer ses som ett avgörande steg för att förbättra jordbrukets hållbarhet och livsmedelssäkerhet.

"Byggstenen kan nu användas för att syntetisera andra CLE -peptider, som sedan kan användas i utfodringsstudier för att fastställa deras aktivitet."

Han sa att CLE-peptider som visade sig modifiera aspekter av tillväxt eller avkastning hade en enorm potential inom jordbruket (potential att öka livsmedelsproduktionen), vävnadsodling (potentiellt att stimulera skott- eller rotutveckling), blomsterodling (potential att förbättra blomningen), och andra industrier som förlitade sig på växttillväxt. Detta kan uppnås genom utfodring, eller genom riktad avel eller genomredigeringstekniker.

Studien, "Arabinosylering modulerar den tillväxtreglerande aktiviteten hos peptidhormonet CLE40a från sojabönor", publiceras i Cellkemisk biologi .