Цвет в царстве растений - это не только радость для глаз. Цветные пигменты привлекают насекомых-опылителей, защищают растения от болезней, приносят пользу для здоровья и используются в пищевой и фармацевтической промышленности. Новое исследование, проведенное в Научном институте Вейцмана и опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, USA, открыло путь к многочисленным потенциальным применениям беталаинов, высокопитательных красно-фиолетовых и желтых пигментов, известных своими антиоксидантными свойствами. и обычно используются в качестве пищевых красителей.
Беталаины производятся из плодов кактусов, цветов, таких как бугенвиллия, и некоторых съедобных растений, в первую очередь свеклы. Они относительно редки в природе по сравнению с двумя другими основными группами растительных пигментов, и до недавнего времени их синтез в растениях был плохо изучен. Профессор Асаф Ахарони из отдела наук о растениях и окружающей среде Вейцмана и доктор Гай Полтурак, в то время студент-исследователь, вместе с другими членами команды использовали два растения, продуцирующие беталаин, - красную свеклу (Beta vulgaris) и четырехчасовые цветы (Mirabilis jalapa).) - в их анализе. Используя секвенирование РНК следующего поколения и другие передовые технологии, исследователи идентифицировали ранее неизвестный ген, участвующий в синтезе беталаина, и выяснили, какие биохимические реакции используют растения для превращения аминокислоты тирозина в беталаины.
Чтобы проверить свои выводы, они генетически спроектировали дрожжи для производства беталаинов. Затем они взялись за сложнейшую задачу: воспроизвести синтез беталаина в съедобных растениях, которые обычно не производят эти пигменты.
Успех заявил о себе в живом цвете. Исследователи произвели картофель, помидоры и баклажаны с красно-фиолетовой мякотью и кожурой. Им также удалось контролировать точное место производства беталаина, например, заставив пигмент производиться только в плодах томатов, но не в листьях или стеблях.
Используя тот же подход, ученые заставили белые петунии давать бледно-фиолетовые цветы, а растения табака цветут в оттенках от желтого до оранжево-розового. Они смогли добиться желаемого оттенка, заставив соответствующие гены экспрессироваться в различных комбинациях в ходе синтеза беталаина. Эти результаты могут быть использованы для создания декоративных растений с цветами, которые можно изменить по запросу.
Но изменение цвета было не единственным результатом. Здоровая антиоксидантная активность была на 60% выше у томатов, производящих беталаин, чем у обычных. «Наши результаты могут быть использованы в будущем для обогащения большого количества сельскохозяйственных культур беталаинами, чтобы повысить их питательную ценность», - говорит Аарони.
Дополнительным преимуществом является то, что исследователи обнаружили, что беталаины защищают растения от серой плесени, Botrytis cinerea, который ежегодно вызывает потери сельскохозяйственных культур на миллиарды долларов. Исследование показало, что устойчивость к серой плесени возросла на целых 90% у растений, предназначенных для производства беталаинов.
Ученые создали разновидности беталаина, не существующие в природе. «Некоторые из этих новых пигментов потенциально могут оказаться более стабильными, чем встречающиеся в природе беталаины», - говорит Полтурак. «Это может иметь большое значение в пищевой промышленности, которая широко использует беталаины в качестве натуральных пищевых красителей, например, в клубничных йогуртах».
Кроме того, результаты исследования могут быть использованы фармацевтической промышленностью. Когда заводы начинают производить беталаины, первым шагом является превращение тирозина в промежуточный продукт, химическое вещество, называемое L-дофа. Мало того, что это химическое вещество само по себе используется в качестве наркотика, оно также служит исходным материалом для производства дополнительных наркотиков, особенно опиатов, таких как морфин. Таким образом, растения и микробы, созданные для превращения тирозина в L-дофа, могут служить источником этого ценного вещества.