Een biochemicus van Purdue University en haar collega's hebben nieuwe methoden ontwikkeld voor het verhogen van de productie van vluchtige verbindingen die belangrijk zijn voor de afweer van planten en voor gebruik in biobrandstoffen, geneesmiddelen en andere producten. Terwijl ze onderzoeken hoe planten die verbindingen efficiënter kunnen uitstoten, Het team van Natalia Dudareva vond ook een onverwachte factor die een rol speelt in de cellulaire functies van planten.

Het team van Dudareva had eerder de emissie van vluchtige stoffen door plasmamembranen geanalyseerd en werkte aan het vereenvoudigen van de doorgang door de cuticula, een wasachtige substantie op het oppervlak van plantenorganen die deel uitmaakt van de afweer van een plant tegen ziekteverwekkers en plagen. De cuticula helpt planten ook om water vast te houden, en op dezelfde manier kunnen vluchtige verbindingen in weefsels worden gevangen.

De oplossing, dacht het team, zou zijn om de cuticula te verdunnen. Het lab deed dit door handmatig een deel van de cuticula van petuniabloemen te verwijderen en genetisch veranderde petunia's te ontwikkelen met dunnere nagelriemen.

"Als de cuticula als barrière aan de buitenkant van een bloem dient, logischerwijs zou je denken dat een dunnere cuticula het gemakkelijker zou maken voor vluchtige plantenbestanddelen om er doorheen te bewegen, " zei Dudareva, een vooraanstaande hoogleraar biochemie en interim-directeur van het Purdue Center for Plant Biology. "We zagen het tegenovergestelde, echter. Het dunner worden van de cuticula leidde tot verminderde uitstoot van vluchtige verbindingen en zelfs minder productie van deze verbindingen in de planten in het algemeen."

Voorafgaand aan deze bevindingen, die in het tijdschrift zijn gepubliceerd Natuur Chemische Biologie , het was niet bekend dat de cuticula een rol speelde in het interne vluchtige metabolisme. Het team, waaronder ook biochemie postdoctoraal onderzoeker Pan Liao en afgestudeerde scheikundige technologie Rick Ray, ontdekte dat het belangrijkste probleem is dat hydrofobe vluchtige verbindingen worden aangetrokken om zich op te hopen in de hydrofobe cuticula, die interne cellulaire opbouw voorkomt.

"Toen we de cuticula dunner maakten, we hebben de hoeveelheid vluchtige opslag verminderd, " zei Joseph Lynch, een onderzoeker in het laboratorium van Dudareva. "Met geen plaats om te gaan, het produceren van dezelfde hoeveelheid vluchtige stoffen zou giftig zijn geweest voor de plant. De cellen moesten ofwel de productie van vluchtige stoffen verminderen of afsterven."

John Morgan, hoogleraar chemische technologie, zei dat de bevindingen het team in staat stelden om de term "vluchtige emissiefactor, " wat de verhouding is tussen de snelheid van de uitgestoten vluchtige stoffen en de snelheid van de vluchtige stoffen die in de plant worden gesynthetiseerd. De parameter moet van toepassing zijn op elke vluchtige plant.

"Wij scheikundigen raken enthousiast over dimensieloze getallen, en we hadden de kans om er hier een te ontwikkelen, "Zei Morgan. "We hopen dat mensen dit in hun werk overnemen."

Vooruit gaan, Dudareva en haar team zullen blijven werken aan methoden om de uitstoot van vluchtige stoffen in planten te verhogen, inclusief het onderzoeken hoe verdikking van de cuticula de productie en emissies kan beïnvloeden.

"We hebben geleerd dat de nagelriem een ​​gootsteen is, en als je die gootsteen niet hebt, de cellen stoppen de productie van die vluchtige stoffen, "Zei Dudareva. "Dit maakt het verhogen van de uitstoot ingewikkelder dan we ooit dachten, maar werpt licht op factoren die de productie van deze verbindingen kunnen beïnvloeden."