Горчица, брокколи и капуста со всего мира имеют отчетливый и горьковатый вкус. Некоторые считают аромат растений семейства крестоцветных их самым сильным атрибутом. Но даже в Индии и Китае, где Brassicas выращивают более 4000 лет, ученые стремились смягчить химические соединения, ответственные за их острый вкус. Оказывается, те же соединения, которые делают их горькими, также делают их токсичными на некоторых уровнях.
Теперь исследователи с трех континентов, в том числе биологи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, нанесли на карту кристаллическую структуру ключевого белка, который делает метаболиты ответственными за горький вкус капусты. Исследование, опубликованное в этом месяце в журнале The Plant Cell, является первым снимком того, как белок эволюционировал и стал производить такие разнообразные побочные продукты в этой важной для сельского хозяйства группе растений.
Результаты могут быть использованы наряду с текущими стратегиями селекции для манипулирования культурными растениями для получения питательных и вкусовых преимуществ.
Новая работа родилась в результате давнего сотрудничества, инициированного Навином С. Биштом, научным сотрудником Национального института исследований генома растений в Нью-Дели, Индия, с Джозефом Джезом, профессором биологии в области искусств и наук в Вашингтонский университет и Джонатан Гершензон из Института химической экологии им. Макса Планка в Йене, Германия.
«Все капусты - будь то индийская горчица, арабидопсис, брокколи или брюссельская капуста - все они производят эти острые, пахнущие серой соединения, глюкозинолаты», - сказал Джез. Соединения уже давно признаны естественной защитой от вредителей.
«Растениям нужно дать отпор, - сказал Джез. «Они ничего не умеют, но могут что-то делать».
«Существуют разные профили глюкозинолатов в разных растениях», - сказал он. «Всегда стоял вопрос, можно ли изменить их узоры, чтобы создать что-то новое. Если насекомые поедают ваши растения, можете ли вы изменить профиль и получить что-то, что предотвратит потерю урожая?»
Но есть устрашающее количество глюкозинолатов: почти 130 различных видов, признанных в Brassicas. Каждый вид растений внутри рода образует «коллекцию» нескольких различных видов глюкозинолатов - свою собственную вкусовую смесь - все они являются вторичными метаболитами определенного белка.
Исследователи знали о центральной роли этого белка на протяжении десятилетий. Но до этого исследования никому не удавалось выполнить рентгеновскую кристаллографию, необходимую для его детального картирования.
В новой работе под руководством Рошана Кумара, который в настоящее время является научным сотрудником в лаборатории Джеза Вашингтонского университета, используются генетика, биохимия и структурная биология, чтобы помочь раскрыть молекулярную основу эволюции и диверсификации глюкозинолатов.
«Глюкозинолаты получают из аминокислот», - сказал Кумар. «Удлинение гена - один из важных шагов, который обеспечивает большую часть разнообразия профилей глюкозинолатов у всех растений семейства крестоцветных. Он определяет, какой тип глюкозинолатов (растение) будет образовываться».
Понимание, полученное в ходе нового исследования, является важным шагом на пути к получению более мягкой горчицы или созданию брокколи без горечи.
Но поможет ли это нам есть нашу зелень?
Может быть. По словам Кумара, в основном исследователей интересует возможность модификации глюкозинолатов в семенах, а не в стеблях или листовых частях растений Brassica.
Основная масличная культура Brassica juncea и родственный рапс используются для приготовления растительного масла в умеренных и субтропических регионах мира. Селекционеры стремились отрегулировать уровни глюкозинолатов в этих культурах, чтобы богатые белком остатки жмыха можно было использовать в качестве кормовой добавки для крупного рогатого скота и птицы.
«Если вы уменьшите количество глюкозинолатов во всем растении, оно станет восприимчивым к вредителям и патогенам», - сказал Кумар. «Вот почему существует необходимость в умной разработке глюкозинолатов».