Генные мутации помогают цветам имитировать трупный запах для привлечения опылителей
Цветки дикого имбиря (род Asarum) привлекают любящих падаль мух и жуков не сладким ароматом, а зловонием гниющей плоти и навоза. Для этого они производят дурно пахнущее химическое соединение — дисульфид диметилa (DMDS).
Исследователи из Японии обнаружили, что способность синтезировать DMDS с помощью фермента дисульфид-синтазы (DSS) независимо эволюционировала у трёх разных линий растений благодаря нескольким изменениям в гене. Исходно этот ген кодирует фермент метантиолоксидазу (MTOX), который у животных и растений отвечает за детоксикацию дурно пахнущих соединений.
Ключевые изменения
- Во всех независимо возникших ферментах DSS обнаружены три одинаковые замены аминокислот.
- Именно эти изменения позволили ферменту перейти от функции MTOX к функции DSS. Результаты опубликованы в журнале Science.
Ход исследования
Учёные сосредоточились на роде Asarum, у которого эта черта развивалась неоднократно за относительно короткий эволюционный срок — менее 7 миллионов лет.
- Анализ летучих соединений 53 видов Asarum показал, что цветки производят DMDS и трисульфид диметилa (DMTS).
- Эксперименты с меченым изотопом углерода-13 подтвердили, что источником этих соединений является аминокислота L-метионин.
- Исследователи идентифицировали три основных класса генов селен-связывающего белка (SBP) у Asarum.
- Экспрессия этих генов в E. coli показала, что класс SBP1 кодирует ферменты, превращающие метантиол в DMDS.
- Была обнаружена корреляция между количеством выделяемого DMDS и уровнем экспрессии генов SBP.
Вывод
Широкое распространение способности выделять DMDS среди цветков-имитаторов может объясняться тем, что высококонсервативный фермент (MTOX) легко меняет свою функцию в результате всего нескольких аминокислотных замен.