Растения создают огромное количество химических веществ, чтобы защитить себя от хищников и патогенов. Эти ботанические соединения, насчитывающие сотни тысяч различных вариаций, часто обладают лечебными свойствами, полезными для здоровья человека. Однако механизмы, лежащие в основе их биосинтеза, до недавнего времени оставались малоизученными.
Исследователи под руководством профессора Клода Беккера, генетика из факультета биологии Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана (LMU), в сотрудничестве с Институтом молекулярной физиологии растений Макса Планка в Гольме и Университетом Хоэнхайма, совершили прорыв в понимании того, как растения семейства пасленовых производят ценные фармацевтические соединения — витанолиды. Результаты их исследования были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Витанолиды — это стероиды с полезными для здоровья свойствами, производимые многими растениями семейства пасленовых. Команда исследователей идентифицировала генный кластер в физалисе серо-зеленом (Physalis grisea), ответственный за производство этих соединений. Генный кластер представляет собой группу генов, расположенных близко друг к другу, которые кодируют различные ферменты, действующие в последовательном биосинтетическом пути. Такое тесное расположение обеспечивает скоординированную регуляцию и наследование.
Особенно интересным открытием стало то, что в процессе эволюции этот генный кластер подвергся дупликации, что привело к появлению двух похожих, но функционально различных кластеров. Один из них активен только в корне растения, а другой — в надземных тканях. Это разделение функций позволяет растению создавать различные химические защитные соединения в разных частях своего организма.
Исследователи обнаружили, что две версии кластера демонстрируют различия в локальной структуре ДНК и химических модификациях. Это эпигенетическое «разделение» вероятно позволяет растению производить разные химические защитные соединения в корнях и надземных тканях, оптимизируя защиту от различных угроз, с которыми сталкиваются разные части растения.
Сравнительный геномный анализ показал, что кластер генов, ответственный за производство витанолидов, высоко консервативен в семействе пасленовых, но отсутствует в роде, содержащем томаты и картофель. Дупликация, приведшая к двум версиям кластера, специфична для подсемейства Physalis и близкородственных родов.
Это исследование предоставляет первоначальное понимание того, как происходит биосинтез витанолидов, и иллюстрирует эпигенетическую регуляцию для тканеспецифичного производства защитных соединений. Полученные знания открывают путь для создания альтернативных пестицидов и новых терапевтических средств на основе витанолидов.
Профессор Клод Беккер подчеркнул значимость исследования, назвав его «важным первым шагом для потенциальной разработки производных альтернативных пестицидов и новых терапевтических средств». Это исследование не только расширяет наше понимание механизмов защиты растений, но и создает основу для возможного модифицирования этих защитных механизмов в будущем, что может иметь значительные практические применения в сельском хозяйстве и медицине.
Изображение носит иллюстративный характер
Исследователи под руководством профессора Клода Беккера, генетика из факультета биологии Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана (LMU), в сотрудничестве с Институтом молекулярной физиологии растений Макса Планка в Гольме и Университетом Хоэнхайма, совершили прорыв в понимании того, как растения семейства пасленовых производят ценные фармацевтические соединения — витанолиды. Результаты их исследования были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Витанолиды — это стероиды с полезными для здоровья свойствами, производимые многими растениями семейства пасленовых. Команда исследователей идентифицировала генный кластер в физалисе серо-зеленом (Physalis grisea), ответственный за производство этих соединений. Генный кластер представляет собой группу генов, расположенных близко друг к другу, которые кодируют различные ферменты, действующие в последовательном биосинтетическом пути. Такое тесное расположение обеспечивает скоординированную регуляцию и наследование.
Особенно интересным открытием стало то, что в процессе эволюции этот генный кластер подвергся дупликации, что привело к появлению двух похожих, но функционально различных кластеров. Один из них активен только в корне растения, а другой — в надземных тканях. Это разделение функций позволяет растению создавать различные химические защитные соединения в разных частях своего организма.
Исследователи обнаружили, что две версии кластера демонстрируют различия в локальной структуре ДНК и химических модификациях. Это эпигенетическое «разделение» вероятно позволяет растению производить разные химические защитные соединения в корнях и надземных тканях, оптимизируя защиту от различных угроз, с которыми сталкиваются разные части растения.
Сравнительный геномный анализ показал, что кластер генов, ответственный за производство витанолидов, высоко консервативен в семействе пасленовых, но отсутствует в роде, содержащем томаты и картофель. Дупликация, приведшая к двум версиям кластера, специфична для подсемейства Physalis и близкородственных родов.
Это исследование предоставляет первоначальное понимание того, как происходит биосинтез витанолидов, и иллюстрирует эпигенетическую регуляцию для тканеспецифичного производства защитных соединений. Полученные знания открывают путь для создания альтернативных пестицидов и новых терапевтических средств на основе витанолидов.
Профессор Клод Беккер подчеркнул значимость исследования, назвав его «важным первым шагом для потенциальной разработки производных альтернативных пестицидов и новых терапевтических средств». Это исследование не только расширяет наше понимание механизмов защиты растений, но и создает основу для возможного модифицирования этих защитных механизмов в будущем, что может иметь значительные практические применения в сельском хозяйстве и медицине.
