Геном жожоба: Единственное растение, запасающее воск в семенах
Семена жожоба — один из немногих известных устойчивых источников жидких восковых эфиров. Они используются как экологичная замена похожим маслам, которые когда-то добывали из спермацетового органа кашалота (Physeter macrocephalus), что почти привело его к исчезновению. «Жожоба — единственное растение, запасающее воск в семенах. Подобное растительное масло ранее было недоступно», — говорит доктор Эберхард Мунц.
Жидкий воск обычно называют маслом жожоба. Оно имеет несколько преимуществ перед спермацетовым маслом и широко используется в косметике и средствах по уходу за волосами. У людей в коже есть микроскопические железы, выделяющие кожное сало (воскоподобное вещество). Считается, что масло жожоба играет схожую роль. С возрастом железы производят меньше кожного сала, что приводит к сухости кожи и волос. «Коренные американцы использовали воск жожоба для смазки кожи, тогда как европейцы полагались на продукты кашалота. Поскольку китобойный промысел запрещен в большинстве стран, продажа и использование китового жира практически прекратились», — говорит доктор Людмила Борисюк.
Несмотря на значительные усилия по созданию трансгенных культур с производящими восковые эфиры семенами из рапса (Brassica sp.), рыжика (Camelina sativa), крамбе (Crambe abyssinica) и лепидума (Lepidum campestre), экспрессия нужных последовательностей жожоба привела лишь к умеренному повышению содержания восков в масличных семенах. Скорость прорастания семян у линий с более высоким содержанием восковых эфиров была заметно низкой. «Поскольку семена жожоба могут накапливать до 60% масла, из которого более 95% составляют восковые эфиры, без видимого влияния на прорастание, нам, вероятно, еще многое предстоит узнать о том, как семена жожоба синтезируют, упаковывают и мобилизуют воски», — говорит доктор Борисюк.
Международная команда ученых из США, Германии и Китая всесторонне изучила транскриптом, протеом и липидом семян жожоба и составила карту генома жожоба размером 887 Мб, который собран в 26 хромосом с 23 490 белковыми генами. Результаты опубликованы в мартовском выпуске журнала Science Advances. В исследовании участвовали ученые из Университета Генриха Гейне (Дюссельдорф), Гёттингенского университета и Института генетики растений и исследований культурных растений им. Лейбница (IPK, Гатерслебен).
Изучение распределения масла внутри целых зрелых семян проводилось с помощью магнитно-резонансной томографии. Геномные ресурсы в сочетании с мульти-омиксными и визуализирующими исследованиями раскрывают недостающую информацию об эволюционной истории этого таксономически обособленного двудомного вида растений и будут способствовать улучшению агрономических свойств жожоба.
Благодаря новой технологической платформе ЯМР-визуализации в IPK, структурная и липидная визуализация с разрешением, близким к клеточному, теперь доступна для широкого круга международных коллабораций. «Теперь мы стремимся получить больше информации о прорастании семян, потому что манипуляции с содержанием/составом воска влияют на прорастание трансгенных растений».