Роберт Ласт из Мичиганского государственного университета изучает помидоры. В частности, он исследует их волосы или трихомы.
В этом исследовании он сосредоточился на одном типе молекул в трихомах - ацилсахарах. Секреты, которые Ласт и группа ученых из МГУ обнаружили при изучении этих специализированных метаболитов, открывают эволюционное окно для зарождающейся области метаболизма защиты растений, понимания, которое может привести к инженерным достижениям для повышения устойчивости к вредителям и медицины человека.
В мире насчитывается около 300 000 видов растений, производящих примерно более миллиона метаболитов. Растения используют эти молекулы для роста, общения друг с другом или для защиты от вредителей и болезней. Люди получают выгоду от многих из этих продуктов для производства продуктов питания, лекарств и промышленного использования. Тысячи основных метаболитов обнаруживаются в каждом растении, но сотни тысяч являются более специализированными и обнаруживаются только в определенных группах растений.
Ацилсахара являются примером группы специализированных метаболитов, встречающихся только в семействе пасленовых, в которое входят томаты и петунии. Эти специализированные метаболиты имеют большое разнообразие структур и производятся различными ферментами, работающими вместе для выполнения ряда биохимических реакций.
«Мы стремились понять, как этот новый путь возник и диверсифицировался на протяжении 100 миллионов лет эволюции растений», - сказал Ласт, профессор биохимии, молекулярной биологии и биологии растений Барнетта Розенберга МГУ и старший автор исследования. «Это наш хрустальный шар, наш взгляд на эволюцию."
Хрустальный шар показал, что многие ферменты, производящие ацилсахара, являются «беспорядочными», что означает, что они могут использовать различные молекулы в качестве отправных точек для своих химических реакций. Это может быть ключом к тому, как растения производят различные ацилсахара.
Ученые также обнаружили, что многие ферменты, производящие ацилсахара, кодируются генами, которые изначально были копиями других генов, которые впоследствии приобрели новые роли.
Расшифровка этих кодов важна, потому что ацилсахара томатов являются природными пестицидами. Разработка заводов по производству ацилсахаров может сократить использование пестицидов в растениеводстве. Кроме того, некоторые из этих механизмов могут помочь в производстве химических веществ, имеющих фармацевтическую ценность, в том числе для лечения рака и сердечных заболеваний.
«Растения - великие химики, и мы только начинаем понимать метаболические пути, которые они используют для производства этих удивительных соединений», - сказал Ласт, который также является ученым МГУ AgBioResearch.«Понимание того, как эволюционировали пути производства этих ферментов, может привести к инновационным способам получения ценных соединений в больших масштабах».