Ssylka

Как растения эпигенетически контролируют свою химическую защиту?

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.
Как растения эпигенетически контролируют свою химическую защиту?
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.


Новое на сайте