Композиции и способы усиления роста растений

Композиции и способы усиления роста растений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Композиции, содержащие одну или несколько форм глутатиона, и способы применения композиций для усиления роста растений.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Антиоксиданты представляют собой важные молекулы, которые ингибируют окисление других молекул. Антиоксиданты были тщательно изучены в отношении их способности снижать окислительный стресс, особенно у людей. Однако по отношению к растениям также применяют антиоксиданты для уменьшения окислительного повреждения. Одним из таких антиоксидантов является глутатион. Глутатион представляет собой трипептид с гамма-пептидной связью между аминогруппой цистеина (который присоединен с помощью обычной пептидной связи к глицину) и карбоксильной группой боковой цепи глутамата. Он является антиоксидантом, предотвращающим повреждение важных клеточных компонентов, вызванное активными формами кислорода, такими как свободные радикалы и пероксиды. Pompella, A; Visvikis, A; Paolicchi, A; De Tata, V; Casini, AF (2003). "The changing faces of glutathione, a cellular protagonist." Biochemical Pharmacology 66 (8): 1499-503.

В дополнение к участию в уменьшении окислительного стресса у растений, было обнаружено, что глутатион также способствует регулированию других функций растений. Например, было обнаружено, что глутатион обладает активностью в отношении регуляции роста растений, что глутатион вовлечен в механизмы устойчивости к патогенам и механизмы программируемой клеточной смерти, а также, что глутатион участвует в других регулируемых процессах растений на высоком уровне. Ogawa, К (2005). "Glutathione-Associated Regulation of Plant Growth and Stress Responses." Antioxidants & Redox Signaling 7 (7, 8): 973-981.

Особый интерес заключается в том, чтобы лучше понять влияние, которое глутатион оказывает на различные аспекты роста растений.

Например, было установлено, что применение экзогенного глутатиона стимулирует рост эмбриогенной ткани. Belmonte, М; Stasolla, С; Katahira, R; Loukanina, N; Yeung, E; Thorpe, T (2005). "Glutathione-induced growth of embryogenic tissue of white spruce correlates with changes in pyrimidine nucleotide metabolism." Plant Science 168: 803-812.

Также оценивали влияние некорневого внесения глутатиона в различных концентрациях на параметры вегетативного роста. Mahgoub, М; Abd El Aziz, N; Youssef, A (2006). "Influence of Foliar Spray with Paclobutrazol or Glutathione on growth, Flowering and Chemical Composition of Calendula officinalis L. Plant." J. of App. Sciences Res. 2 (11): 879-883.

В заявке на патент США №2010/0016166 раскрываются регулятор роста растений, способный увеличивать индекс урожайности благодаря применению глутатиона, и способы его применения.

Однако все еще существует потребность в системах для улучшения условий роста растений, которые уменьшают нормы расхода при увеличении эффективности. Внесение в борозду и некорневое внесение активных веществ по отношению к сельскохозяйственным культурам может быть неэкономным и дорогостоящим как в отношении затрат, так и в отношении ресурсов. Внесение активных веществ (например, глутатиона, сигнальных молекул и т.д.) непосредственно в борозду или способами некорневого внесения требует внесения при нормах, необходимых для обработки всего поля, и при этом эти нормы расхода также часто зависят от сельскохозяйственной культуры. Более того, при некорневом внесении часто требуется несколько обработок всего поля сельскохозяйственных культур. Эти затраты времени и средств вызывают особую озабоченность в сельскохозяйственной промышленности.

Одно из решений этих проблем представляет собой обработку семени. Обработки семени снижают затраты, поскольку существенно уменьшаются нормы расхода, и при этом нет необходимости в повторной обработке.

Несмотря на то, что обработки семени в настоящее время представляют собой коммерческую тенденцию, разработка эффективной обработки семян остается перспективной. Эффективность часто зависит от конкретных концентраций внесения, физических свойств активного вещества (например, гидрофобности и т.д.), от семени, подлежащего обработке, и условий хранения. Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что формы глутатиона, применяемые для обработки семени, усиливают рост растений.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что формы глутатиона, применяемые для обработки семени, усиливают рост растений. Кроме того, было обнаружено, что формы глутатиона проявляют синергический эффект в отношении роста растений, когда они объединены с некоторыми другими сигнальными молекулами растений, способными стимулировать рост растения.

В одном варианте осуществления композиции, описанные в данном документе, содержат носитель и одну или несколько форм глутатиона. Формы глутатиона включают в себя его изомеры, соли или сольваты, как описано в данном документе.

В другом варианте осуществления композиция содержит одну или несколько форм глутатиона, носитель и один или несколько полезных с точки зрения сельского хозяйства ингредиентов, таких как один или несколько биологически активных ингредиентов, один или несколько питательных микроэлементов, один или несколько биостимуляторов, один или несколько консервантов, один или несколько полимеров, одно или несколько смачивающих средств, одно или несколько поверхностно-активных веществ, один или несколько гербицидов, один или несколько фунгицидов, один или несколько инсектицидов или их комбинации.

В одном варианте осуществления композиция, описанная в данном документе, содержит одну или несколько форм глутатиона, носитель и один или несколько биологически активных ингредиентов. Биологически активные ингредиенты могут включать в себя одну или несколько сигнальных молекул растения. В конкретном варианте осуществления один или несколько биологически активных ингредиентов могут включать в себя один или несколько липо-хитоолигосахаридов (LCO), один или несколько хитоолигосахаридов (СО), одно или несколько хитиновых соединений, один или несколько флавоноидов и их производных, один или несколько нефлавоноидных индукторов nod-генов и их производных, один или несколько каррикинов и их производных либо любую их комбинацию сигнальной молекулы.

Кроме того, описанный в данном документе способ усиления роста растения или части растения включает обеспечение контакта семени с эффективным количеством одной или нескольких форм глутатиона для усиления роста растения. В одном варианте осуществления обеспечение контакта включает обработку семени или нанесение покрытия на семя. Формы глутатиона включают в себя его изомеры, соли или сольваты, как описано в данном документе. Способ может дополнительно включать подвергание растения или части растения воздействию одного или нескольких полезных с точки зрения сельского хозяйства ингредиентов, применяемых одновременно или последовательно с одной или несколькими формами глутатиона. Один или несколько полезных с точки зрения сельского хозяйства ингредиентов могут включать в себя один или несколько биологически активных ингредиентов, один или несколько питательных микроэлементов, один или несколько биостимуляторов или их комбинации. В одном варианте осуществления способ дополнительно включает подвергание растения или части растения воздействию одного или нескольких биологически активных ингредиентов. Биологически активные ингредиенты могут представлять собой одну или несколько сигнальных молекул растения. В конкретном варианте осуществления один или несколько биологически активных ингредиентов могут включать в себя один или несколько LCO, одно или несколько хитиновых соединений, один или несколько СО, один или несколько флавоноидов и их производных, один или несколько нефлавоноидных индукторов nod-генов и их производных, один или несколько каррикинов и их производных либо любую их комбинацию сигнальной молекулы.

Наконец, в данном документе описано семя, покрытое одной или несколькими формами глутатиона, включающими в себя его изомеры, соли или сольваты, как описано в данном документе. Варианты осуществления включают в себя семена, покрытые любой из композиций, описанных в данном документе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Описанные варианты осуществления относятся к композициям и способам усиления роста растений.

Определения

Подразумевается, что применяемые в данном документе формы единственного числа также включают формы множественного числа, если из контекста явно не следует иное.

Подразумевается, что применяемое в данном документе выражение "полезный с точки зрения сельского хозяйства ингредиент(ы)" означает любое вещество или комбинацию веществ, способных вызывать или обеспечить полезный и/или применимый эффект в сельском хозяйстве.

Подразумевается, что применяемый в данном документе "биологически активный ингредиент(ы)" означает биологически активные ингредиенты (например, сигнальные молекулы растений, другие микроорганизмы и т.д.), отличные от одной или нескольких форм глутатиона, описанных в данном документе.

Подразумевается, что применяемое в данном документе выражение "форма(формы) глутатиона" включает в себя все изомерные, сольватные, гидратные, полиморфные, кристаллические формы, некристаллические формы и вариации солей глутатиона следующей структуры:

Подразумевается, что применяемое в данном документе выражение "изомер(ы)" включает в себя все стереоизомеры соединений и/или молекул, упомянутых в данном документе (например, форм глутатиона, LCO, СО, хитиновых соединений, флавоноидов, жасмоновой кислоты или ее производных, линолевой кислоты или ее производных, линоленовой кислоты или ее производных, каррикинов и т.д.), в том числе энантиомеры, диастереомеры, а также все конформеры, ротамеры и таутомеры, если не указано иное. Соединения и/или молекулы, описанные в данном документе, включают в себя все энантиомеры либо практически чистой левовращающей или правовращающей формы, либо в виде рацемической смеси, либо в любом соотношении энантиомеров. Если в вариантах осуществления описывают (d)-энантиомер, этот вариант осуществления также включает (I)-энантиомер; если в вариантах осуществления описывают (I)-энантиомер, этот вариант осуществления также включает (d)-энантиомер. Если в вариантах осуществления описывают (+)-энантиомер, этот вариант осуществления также включает (-)-энантиомер; если в вариантах осуществления описывают (-)-энантиомер, этот вариант осуществления также включает (+)-энантиомер. Если в вариантах осуществления описывают (S)-энантиомер, этот вариант осуществления также включает (R)-энантиомер; если в вариантах осуществления описывают (R)-энантиомер, этот вариант осуществления также включает (S)-энантиомер. Подразумевается, что варианты осуществления включают в себя любые диастереомеры соединений и/или молекул, упомянутых в данном документе, в виде диастереомеров в чистой форме и в форме смесей в любых соотношениях. Если стереохимическая конфигурация явно не указана в химической структуре или химическом названии, подразумевается, что химическая структура или химическое название охватывает все возможные стереоизомеры, конформеры, ротамеры и таутомеры представленных соединений и/или молекул.

Подразумевается, что применяемые в данном документе выражения "эффективное количество", "эффективная концентрация" или "эффективная доза" означают количество, концентрацию или дозу одной или нескольких форм глутатиона, достаточных для обеспечения усиленного роста растений. Фактическая эффективная доза в абсолютном значении зависит от факторов, в том числе без ограничения размера (например, участка, общей площади и т.д.) угодья для внесения одной или нескольких форм глутатиона, синергического или антагонистического взаимодействия других активных или инертных ингредиентов, которые могут увеличить или уменьшить эффекты одной или нескольких форм глутатиона в усилении роста, а также стабильности одной или нескольких форм глутатиона в композициях и/или при обработках семени. "Эффективное количество", "эффективная концентрация" или "эффективная доза" одной или нескольких форм глутатиона может быть определена, например, с помощью обычного эксперимента доза-эффект.

Подразумевается, что применяемое в данном документе выражение "носитель" обозначает "приемлемый с точки зрения сельского хозяйства носитель." Подразумевается, что "приемлемый с точки зрения сельского хозяйства носитель" обозначает любое вещество, которое может быть применено для доставки активных веществ (например, форм глутатиона, описанных в данном документе, полезного с точки зрения сельского хозяйства ингредиента(ингредиентов), биологически активного ингредиента(ингредиентов) и т.д.) к растению или части растения (например, семени).

Подразумевается, что применяемое в данном документе выражение "совместимый с семенем носитель" обозначает любое вещество, которое может быть внесено в семя с/без отрицательного влияния на семя, растение, которое произрастает из семени, прорастание семени или т.п.

Подразумевается, что применяемое в данном документе выражение "совместимый с некорневым внесением носитель" обозначает любое вещество, которое может быть внесено в растение или часть растения с/без отрицательного влияния на растение, часть растения, рост растения, здоровье растения или т.п.

Подразумевается, что применяемое в данном документе выражение "питательный микроэлемент(ы)" обозначает питательные вещества, которые необходимы для роста растения, здоровья растения и/или развития растения.

Подразумевается, что применяемое в данном документе выражение "биостимулятор(ы)" означает любое вещество или комбинацию веществ, способных улучшать метаболические или физиологические процессы внутри растений и почвы.

Подразумевается, что применяемое в данном документе выражение "гербицид(ы)" означает любое вещество или комбинацию веществ, способных к уничтожению сорняков и/или ингибированию роста сорняков (ингибирование при определенных условиях является обратимым).

Подразумевается, что применяемое в данном документе выражение "фунгицид(ы)" означает любое вещество или комбинацию веществ, способных к уничтожению грибов и/или ингибированию роста грибов.

Подразумевается, что применяемое в данном документе выражение "инсектицид(ы)" означает любое вещество или комбинацию веществ, способных к уничтожению одного или нескольких насекомых и/или ингибированию развития одного или нескольких насекомых.

Подразумевается, что применяемое в данном документе выражение "усиленный рост растений" означает повышение урожайности растения (например, увеличение биомассы, увеличение числа плодов или их комбинация, которое измеряют в бушелях на акр), увеличение количества корней, увеличение корневой массы, увеличение корневого объема, увеличение площади листа, повышение густоты стояния растений, повышение мощности растения или их комбинации.

Подразумевается, что применяемые в данном документе выражения "растение(растения)" и "часть(части) растения" означают все растения и популяции растений, такие как желательные и нежелательные дикие или культурные растения (в том числе встречающиеся в природе культурные растения). Культурные растения могут быть растениями, которые могут быть получены традиционной селекцией растения и способами оптимизации, или способами биотехнологии и генной инженерии, или комбинацией этих способов, включая трансгенные растения и включая сорта растений, охраняемые или не охраняемые правами селекционеров. Под частями растения следует понимать все части и органы растений над и под землей, такие как побег, лист, цветок и корень, и примерами, которые могут быть упомянуты, являются листья, иголки, стебли, стволы, цветы, плоды, фрукты, семена, корни, клубни и корневища. Также части растения включают собранный материал, вегетативный и генеративный материала для размножения (например, черенки, клубни, корневища, отростки, семена и т.д.).

Подразумевается, что применяемое в данном документе выражение "инокулянт" означает любую форму микробных клеток или спор, которая способна распространяться на или в грунте, когда условия температуры, влажности и т.д. являются благоприятными для роста микроорганизмов.

Подразумевается, что применяемое в данном документе выражение "азотфиксирующий организм(ы)" означает любой организм, способный превращать атмосферный азот (N₂) в аммиак (NH₃).

Подразумевается, что применяемое в данном документе выражение "фосфат-солюбилизирующий организм" означает любой организм, способный превращать нерастворимый фосфат в растворимую форму фосфата.

Применяемое в данном документе выражение «спора» имеет свое обычное значение, которое хорошо известно и понятно специалистам в данной области техники. Применяемое в данном документе выражение спора относится к микроорганизму в его состоянии покоя, защищенном состоянии.

Подразумевается, что применяемое в данном документе выражение "источник" конкретного элемента означает соединение этого элемента, которое по меньшей мере в условиях рассматриваемой почвы не делает элемент полностью доступным для поглощения растением.

КОМПОЗИЦИИ

Описанные композиции содержат носитель и одну или несколько форм глутатиона, описанных в данном документе. В некоторых вариантах осуществления композиция может быть в виде жидкости, геля, взвеси, твердого вещества или порошка (смачиваемого порошка или сухого порошка). В другом варианте осуществления композиция может быть в виде покрытия семени. Композиции в форме жидкости, взвеси или порошка (например, смачиваемого порошка) могут быть подходящими для нанесения покрытия на семена. При применении для покрытия семян композицию можно наносить на семена и обеспечивать высыхание. В вариантах осуществления, где композиция представляет собой порошок (например, смачиваемый порошок), возможно потребуется добавление к порошку жидкости, такой как вода, перед нанесением на семя.

Формы глутатиона

Как раскрыто в данном документе, композиции, описанные в данном документе, содержат одну или несколько форм глутатиона. Одна или несколько форм глутатиона могут представлять собой природный глутатион (то есть полученный несинтетическим путем), синтетический глутатион (например, глутатион, полученный химическим синтезом) или их комбинацию. Одна или несколько форм глутатиона также могут находиться в любой форме (например, окисленной, восстановленной или комбинации окисленной и восстановленной форм).

В одном варианте осуществления одна или несколько форм глутатиона характеризуются молекулярной формулой C₁₀H₁₇N₃O₆S с молярной массой приблизительно 307,32 г моль^-1. В другом варианте осуществления одна или несколько форм глутатиона могут включать в себя формы глутатиона, характеризующиеся структурой (I)

а также ее изомеры, соли и сольваты.

В другом варианте осуществления одна или несколько форм глутатиона могут включать в себя формы глутатиона, характеризующиеся структурой (I-А)

а также ее соли и сольваты.

В другом варианте осуществления одна или несколько форм глутатиона могут включать в себя формы глутатиона, характеризующиеся структурой (1-В)

а также ее соли и сольваты.

В другом варианте осуществления одна или несколько форм глутатиона могут включать в себя формы глутатиона, характеризующиеся структурой (I-С)

а также ее соли и сольваты.

В другом варианте осуществления одна или несколько форм глутатиона могут включать в себя формы глутатиона, характеризующиеся структурой (I-D)

а также ее соли и сольваты.

В одном варианте осуществления одна или несколько форм глутатиона, применяемых в композициях, описанных в данном документе, могут быть по меньшей мере двумя из указанных выше форм глутатиона (т.е. по меньшей мере две из I-А, I-В, I-С- и I-D), по меньшей мере тремя из указанных выше форм глутатиона, по меньшей мере четырьмя из указанных выше форм глутатиона, вплоть до всех указанных выше форм глутатиона, включая их соли и сольваты.

Носители

Носители, описанные в данном документе, будут позволять одной или нескольким формам глутатиона сохранять эффективность (например, способность усиливать рост растения). Неограничивающие примеры носителей, описанных в данном документе, включают жидкости, гели, взвеси или твердые вещества (в том числе смачиваемые порошки или сухие порошки). Выбор вещества-носителя будет зависеть от предполагаемого применения. В варианте осуществления носитель представляет собой совместимый с семенем носитель.

В одном варианте осуществления носитель представляет собой жидкость-носитель. Неограничивающие примеры жидкостей, применяемых в качестве носителей для композиций, описанных в данном документе, включают в себя воду, водный раствор или неводный раствор. В одном варианте осуществления носитель представляет собой воду. В другом варианте осуществления носитель представляет собой водный раствор. В другом варианте осуществления носитель представляет собой неводный раствор. Если применяют жидкость-носитель, жидкость-носитель (например, вода) может дополнительно включать питательную среду для культивирования одного или несколько микробных штаммов, применяемых в описанных композициях. Неограничивающие примеры подходящей питательной среды для микробных штаммов включают в себя среду YEM, среду с дрожжевым экстрактом и маннитом, среду с дрожжевым экстрактом и глицерином, среду Чапека-Докса, картофельно-декстрозный бульон или любую среду, известную специалистам в данной области, совместимую с и/или обеспечивающую питательными веществами для роста микробный штамм, который может быть включен в композиции, описанные в данном документе.

Глутатион легко растворим в воде и в конкретном варианте осуществления носитель представляет собой воду. В более конкретном варианте осуществления одну или несколько форм глутатиона добавляют в воду, являющуюся носителем, при концентрации 100,0-500,0 мг/л. В еще одном варианте осуществления одну или несколько форм глутатиона добавляют в воду, являющуюся носителем, при концентрации 200,0 мг/л. В еще одном варианте осуществления одну или несколько форм глутатиона добавляют в воду, являющуюся носителем, при концентрации 100,0 мг/л.

Полезные с точки зрения сельского хозяйства Ингредиенты

Композиции, описанные в данном документе, могут содержать один или несколько полезных с точки зрения сельского хозяйства ингредиентов. Неограничивающие примеры полезных с точки зрения сельского хозяйства ингредиентов включают в себя один или несколько биологически активных ингредиентов, питательных микроэлементов, биостимуляторов, консервантов, полимеров, смачивающих средств, поверхностно-активных веществ, гербицидов, фунгицидов, инсектицидов или их комбинации.

Биологически активный ингредиент(ы)

Композиции, описанные в данном документе, могут необязательно включать в себя один или несколько биологически активных ингредиентов, как описано в данном документе, отличных от одной или нескольких форм глутатиона, описанных в данном документе. Неограничивающие примеры биологически активных ингредиентов включают сигнальные молекулы растения (например, липо-хитоолигосахариды (LCO), хитоолигосахариды (СО), хитиновые соединения, флавоноиды, жасмоновую кислоту или ее производные, линолевую кислоту или ее производные, линоленовую кислоту или ее производные, каррикины и т.д.) и полезные микроорганизмы (например, Rhizobium spp., Bradyrhizobium spp., Sinorhizobium spp., Azorhizobium spp., Glomus spp., Gigaspora spp., Hymenoscyphous spp., Oidiodendron spp., Laccaria spp., Pisolithus spp., Rhizopogon spp., Scleroderma spp., Rhizoctonia spp., Acinetobacter spp., Arthrobacter spp., Arthrobotrys spp., Aspergillus spp., Azospirillum spp, Bacillus spp, Burkholderia spp., Candida spp., Chryseomonas spp., Enterobacter spp., Eupenicillium spp., Exiguobactehum spp., Klebsiella spp., Kluyvera spp., Microbacterium spp., Mucor spp., Paecilomyces spp., Paenibacillus spp., Penicillium spp., Pseudomonas spp., Serratia spp., Stenotrophomonas spp., Streptomyces spp., Streptosporangium spp., Swaminathania spp., Thiobacillus spp., Torulospora spp., Vibrio spp., Xanthobacterspp., Xanthomonas spp. и т.д.).

Сигнальная молекула (молекулы) растения

В варианте осуществления композиции, описанные в данном документе, включают в себя одну или несколько сигнальных молекул растения. В одном варианте осуществления одна или несколько сигнальных молекул растения представляют собой один или несколько LCO. В другом варианте осуществления одна или несколько сигнальных молекул растения представляют собой один или несколько СО. В еще одном варианте осуществления одна или несколько сигнальных молекул растения представляют собой одно или несколько хитиновых соединений. В еще одном варианте осуществления одна или несколько сигнальных молекул растения представляют собой один или несколько флавоноидов или их производных. В еще одном варианте осуществления одна или несколько сигнальных молекул растения представляют собой один или несколько нефлавоноидных индукторов nod-генов (например, жасмоновую кислоту, линолевую кислоту, линоленовую кислоту и их производные). В еще одном варианте осуществления одна или несколько сигнальных молекул растения представляют собой один или несколько каррикинов или их производных. В еще одном варианте осуществления одна или несколько сигнальных молекул растения представляют собой один или несколько LCO, один или несколько СО, одно или несколько хитиновых соединений, один или несколько флавоноидов и их производные, один или несколько нефлавоноидных индукторов nod-генов и их производные, один или несколько каррикинов и их производные либо любую их комбинацию сигнальной молекулы.

LCO

Соединения липо-хитоолигосахаридов (LCO), также известные в данной области техники как симбиотические Nod-сигналы или Nod-факторы, состоят из олигосахаридной основной цепи β-1,4-связанных остатков N-ацетил-D-глюкозамина ("GlcNAc") с N-связанной ацильной цепью жирной кислоты, конденсированной на невосстанавливающем конце. LCO отличаются по количеству остатков GlcNAc в основной цепи, по длине и степени насыщения ацильной цепи жирной кислоты и по замещениям в восстанавливающих и невосстанавливающих остатках сахара. Подразумевается, что LCO включают в себя все LCO, а также их изомеры, соли и сольваты. Пример LCO представлен ниже формулой I

в которой G представляет собой гексозамин, который может быть замещен, например, ацетильной группой по азоту, сульфатной группой, ацетильной группой и/или эфирной группой по кислороду,

R₁, R₂, R₃, R₅, R₆ и R₇, которые могут быть идентичными или различными, представляют собой Н, СН₃ СО-, С_хН_уСО-, где х представляет собой целое число от 0 до 17, и y представляет собой целое число от 1 до 35, или любую другую ацильную группу, такую как, например, карбамил,

R₄ представляет собой алифатическую цепь с одной, двумя, тремя и четырьмя ненасыщенными связями, содержащую по меньшей мере 12 атомов углерода, и n представляет собой целое число от 1 до 4.

LCO могут быть получены (выделены и/или очищены) из бактерий, таких как Rhizobia, например, Rhizobium spp., Bradyrhizobium spp., Sinorhizobium spp. и Azorhizobium spp. Структура LCO является характерной для каждого такого вида бактерий и каждый штамм может продуцировать несколько LCO с различными структурами. Например, конкретные LCO из S. meliloti также были описаны в патенте США №5549718 и характеризуются формулой II

в которой R представляет собой Н или СН₃СО-, и n равняется 2 или 3.

Еще более конкретные LCO включают NodRM, NodRM-1, NodRM-3. При ацетилировании (R=CH₃CO-) они превращаются в AcNodRM-1 и AcNodRM-3, соответственно (патент США №5545718).

LCO из Bradyrhizobium japonicum описаны в патентах США №5175149 и 5321011. В общем, они представляют собой пентасахаридные фитогормоны, содержащие метилфукозу. Описан ряд этих LCO, полученных из В. japonicum: BjNod-V (C_18:1); BjNod-V (A_C, C_18:1), BjNod-V (C_16:1) и BjNod-V (A_C, C_16:0), при этом "V" указывает на присутствие пяти N-ацетилглюкозаминов; "Ас" обозначает ацетилирование; число после "С" указывает на число атомов углерода в боковой цепи жирной кислоты, а число после ":" указывает на число двойных связей.

LCO, применяемые в композициях в соответствии с настоящим изобретением, можно получать (т.е. выделять и/или очищать) из штаммов бактерий, которые продуцируют LCO, таких как штаммы Azorhizobium, Bradyrhizobium (в том числе В. japonicum), Mesorhizobium, Rhizobium (в том числе R. leguminosarum), Sinorhizobium (в том числе S. meliloti), и штаммов бактерий, сконструированных при помощи генной инженерии так, что они продуцируют LCO.

Также настоящее изобретение охватывает композиции, в которых применяют LCO, которые получены (т.е. выделены и/или очищены) из микоризных грибов, таких как грибы из группы Glomerocycota, например, Glomus intraradicus. Структуры иллюстративных LCO, полученных из этих грибов, описаны в WO 2010/049751 и WO 2010/049751 (LCO, описанные в них, также упоминаются как "Мус-факторы").

Кроме того, настоящее изобретение охватывает композиции, в которых применяют синтетические соединения LCO, такие, которые описаны в WO 2005/063784, и рекомбинантные LCO, полученные с помощью генной инженерии. Базовая структура LCO, встречающаяся в природе, может содержать модификации или замещения, найденные во встречающихся в природе LCO, таких как описанные в Spaink, Crit. Rev. Plant Sci. 54: 257-288 (2000) и D’Haeze, etal., Glycobiology 72: 79R-105R (2002). Олигосахаридные молекулы, относящиеся к предшественникам (СО, которые описаны ниже, также являются пригодными в качестве сигнальных молекул для растений в соответствии с настоящим изобретением), для конструирования LCO также могут быть синтезированы организмами, сконструированными при помощи генной инженерии, например, как в Samain, etal., Carb. Res. 302: 35-42 (1997); Samain, etal., J. Biotechnol. 72: 33-47 (1999).

LCO можно использовать при различных формах чистоты и можно применять отдельно или в форме культуры LCO-продуцирующих бактерий или грибов. Способы для обеспечения практически чистых LCO включают только удаление микробных клеток из смеси LCO и микроба или продолжение выделения и очистки молекул LCO посредством разделения фаз LCO-растворитель с последующей HPLC, как описано, например, в патенте США №5549718. Очистка может быть улучшена путем повторной HPLC и очищенные молекулы LCO можно лиофилизировать для длительного хранения.

СО

Хитоолигосахариды (СО) известны в данной области техники как структуры на основе N-ацетилглюкозаминов, связанных 6-1-4-связями, определенные как олигомеры хитина, а также как N-ацетилхитоолигосахариды. СО имеют уникальные и различные фрагменты боковой цепи, которые отличают их от молекул хитина [(C₈H₁₃NO₅)n, №согласно CAS 1398-61-4] и молекул хитозана [(C₅H₁₁NO₄)n, №согласно CAS 9012-76-4]. Иллюстративная литература, в которой описаны структура и получение СО, представляет собой следующее: Van der Hoist, et al., Current Opinion in Structural Biology, 77: 608-616 (2001); Robina, et al., Tetrahedron 58: 521-530 (2002); Hanel, et al., Planta 232: 787-806 (2010); Rouge, et al. Chapter 27, "The Molecular Immunology of Complex Carbohydrates" в Advances in Experimental Medicine and Biology, Springer Science; Wan, et al., Plant Cell 27: 1053-69 (2009); PCT/F100/00803 (9/21/2000); и Demont-Caulet, et al., Plant Physiol. 120(1): 83-92 (1999). CO могут быть синтетическими или рекомбинантными. Способы получения рекомбинантных СО известны из уровня техники. См., например, Samain, et al. (supra.); Cottaz, et al., Meth. Eng. 7(4): 311-7 (2005) и Samain, et al., J. Biotechnol. 72: 33-47 (1999). Подразумевается, что CO включают в себя их изомеры, соли и сольваты.

Хитиновые соединения

Хитины и хитозаны, которые являются основными компонентами клеточных стенок грибов и экзоскелетов насекомых и ракообразных, также состоят из остатков GlcNAc. Хитиновые соединения включают хитин (IUPAC: N-[5-[[3-ацетиламино-4,5-дигидрокси-6-(гидроксиметил)оксан-2-ил]метоксиметил]-2-[[5-ацетиламино-4,6-дигидрокси-2-(гидроксиметил)оксан-3-ил]метоксиметил]-4-гидрокси-6-(гидроксиметил)оксан-3-ис]этанамид), хитозан (IUPAC: 5-амино-6-[5-амино-6-[5-амино-4,6-дигидрокси-2(гидроксиметил)оксан-3-ил]окси-4-гидрокси-2-(гидроксиметил)оксан-3-ил]окси-2(гидроксиметил)оксан-3,4-диол) и их изомеры, соли и сольваты.

Эти соединения можно получать коммерчески, например, от Sigma-Aldrich или получать из насекомых, панцирей ракообразных или клеточных стенок грибов. Способы получения хитина и хитозана известны из уровня техники и были описаны, например, в патенте США №4536207 (получение из панцирей ракообразных), Pochanavanich, et al., Lett. Appl. Microbiol. 35: 17-21 (2002) (получение из клеточных стенок грибов) и в патенте США №5965545 (получение из панцирей крабов и гидролиз коммерческого хитозана). Деацетилированные хитины и хитозаны могут быть получены со степенью деацетилирования от менее 35% до более 90% и охватывают широкий спектр молекулярных масс, например, олигомеры низкомолекулярного хитозана с менее 15 кДа и олигомеры хитина с от 0,5 до 2 кДа; хитозан "практической степени чистоты" с молекулярной массой приблизительной кДа и высокомолекулярный хитозан со значением вплоть до 70 кДа. Также коммерчески доступными являются композиции хитина и хитозана, составленные для обработки семени. Коммерческие продукты включают в себя, например, ELEXA® (Plant Defense Boosters, Inc.) и BEYOND™ (Agrihouse, Inc.).

Флавоноиды

Флавоноиды представляют собой фенольные соединения, характеризующиеся общей структурой из двух ароматических колец, соединенных трехуглеродным мостиком.

Флавоноиды продуцируются растениями и характеризуются множеством функций, например, в качестве полезных сигнальных молекул и в качестве защиты от насекомых, животных, грибов и бактерий. Классы флавоноидов включают в себя халконы, антоцианидины, кумарины, флавоны, флаванолы, флавонолы, флаваноны и изофлавоны. См. Jain, et al., J. Plant Biochem. & Biotechnol. 77: 1-10 (2002); Shaw, et al., Environmental Microbiol. 77: 1867-80 (2006).

Иллюстративные флавоноиды, которые можно применять в композициях в соответствии с настоящим изобретением, включают лютеолин, апигенин, тангеритин, кверцетин, кемпферол, мирицетин, физетин, изорамнетин, пачиподол, рамназин, гесперетин, нарингенин, формононетин, эриодиктиол, гомоэриодиктиол, дигидрокверцетин, таксифолин, дигидрокемпферол, генистеин, даидзеин, глицитеин, катехин, галлокатехин, катехин-3-галлат, галлокатехин-3-галлат, эпикатехин, эпигаллокатехин, эпикатехин-3-галлат, эпигаллокатехин-3-галлат, цианидин, делфинидин, мальвидин, пеларгонидин, пеонидин, петунидин или их производные. Флавоноидные соединения являются коммерчески доступными, например, от Natland International Corp., Research Triangle Park, Северная Каролина; MP Biomedicals, Ирвайн, Калифорния; LC Laboratories, Вобурн, Массачусетс.Флавоноидные соединения могут быть выделены из растений или семян, например, как описано в патентах США №№5702752, 5990291 и 6146668. Флавоноидные соединения также могут быть продуцированы организмами, сконструированными методами генной инженерии, такими как дрожжи, как описано в Ralston, et al., Plant Physiology 737: 1375-88 (2005). Подразумевается, что флавоноидные соединения включают в себя все флавоноидные соединения, а также их изомеры, соли и сольваты.

Нефлавоноидный индуктор(ы) Nod-генов

Жасмоновую кислоту (JA, [1R-[1α,2β(Z)]]-3-оксо-2-(пентенил)циклопентануксусную кислоту) и ее производные, линолевую кислоту ((Z,Z)-9,12-октадекадиеноевую кислоту) и ее производные, а также линоленовую кислоту ((Z,Z,Z)-9,12,15-октадекатриеновую кислоту) и ее производные можно применять в композициях, описанных в данном документе. Подразумевается, что нефлавоноидные индукторы nod-генов включают в себя не только нефлавоноидные индукторы nod-генов, описанные в данном документе, но также их изомеры, соли и сольваты.

Жасмоновая кислота и ее метиловый сложный эфир, метилжасмонат (MeJA), в совокупности известные как жасмонаты, представляют собой октадеканоидные соединения, которые в естественных условиях встречаются у растений. Жасмоновая кислота продуцируется корнями проростков пшеницы и микроорганизмами, относящимися к грибам, такими как Botryodiplodia theobromae и Gibbrella fujikuroi, дрожжами (Saccharomyces cerevisiae), а также патогенными и непатогенными штаммами Escherichia coli. Линолевая кислота и линоленовая кислота образуются в ходе биосинтеза жасмоновой кислоты. Как сообщается, жасмонаты, линолевая кислота и линоленовая кислота (и их производные) являются индукторами экспрессии nod-гена или образования LCO ризобактериями. См., например, Mabood, Fazli, Jasmonates induce the expression of nod genes in Bradyrhizobium japonicum, May 17, 2001; и Mabood, Fazli, "Linoleic and linolenic acid induce the expression of nod genes in Bradyrhizobium japonicum," USDA 3, May 17, 2001.

Полезные производные линолевой кислоты, линоленов