Растения - мастера по производству огромного количества разнообразных химических веществ для защиты от патогенов. Среди сотен тысяч ботанических соединений многие интересны как для фитофармацевтики, так и для производства «зеленых» пестицидов. Например, многие растения семейства пасленовых образуют так называемые витанолиды, разнообразную группу стероидов с полезными свойствами. Однако биосинтез и регуляция этих соединений изучены недостаточно. В новом исследовании ученые установили, как растения семейства пасленовых производят фармацевтически ценные соединения и как этот биосинтез регулируется эпигенетически.
Исследовательская группа под руководством профессора Клода Беккера, генетика биологического факультета LMU, обнаружила кластер генов, который отвечает за выработку витанолидов в земляничном физалисе (Physalis grisea), чьи плоды часто используют для варенья и начинки пирогов. Опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, исследование было проведено в сотрудничестве с партнерами из Института молекулярной физиологии растений Макса Планка в Гольме и Университета Хоэнхайма.
«В таких кластерах генов гены, кодирующие ферменты, которые координируют последующие этапы биосинтетического пути, организованы в непосредственной близости друг от друга. Это гарантирует, что они регулируются и наследуются вместе», - объясняет Беккер.
В случае кластера витанолида команда обнаружила дупликацию в геноме, в результате чего две полученные единицы организованы в два функционально отдельных домена. В то время как один активен только в корне растения, другой активен в надземных тканях.
«Что нас удивило, так это то, что разделение и организация двух единиц, по-видимому, регулируются эпигенетически», - говорит Беккер. Таким образом, две версии кластера отличаются локальной структурой и химическими модификациями ДНК. Исследователи полагают, что это разделение позволяет растению вырабатывать немного разные химические защиты в своих надземных и подземных тканях.
С помощью сравнительной геномики группа также смогла показать, что, хотя дупликация кластера генов витанолида специфична для подсемейства Physalis и его близких родственников, сам кластер высококонсервативен во всем семействе пасленовых, но отсутствует в роде, включающем томат и картофель.
«Наше исследование дает первые сведения о производстве разнообразной и многофункциональной метаболитной группы витанолидов, что является важным первым шагом для потенциальной разработки производных альтернативных пестицидов и новых терапевтических средств», - заключает Беккер.
Источник: Ludwig Maximilian University of Munich. Фото: LMU/Jessica Folgmann.