Путь к ядам картофеля

В 1924 году журнал Science сообщил о смертельном случае отравления картофелем: Джеймс Б. Матени из Вандалии, Иллинойс, собрал около полутора бушелей клубней, позеленевших из-за воздействия солнечного света. Через два дня после употребления картофеля у большинства членов его семьи — жены, двух дочерей и четырёх сыновей — проявились симптомы отравления. Не пострадали только сам Джеймс, который не ел картофель, и грудной младенец. Его 45-летняя жена умерла через неделю, за ней последовала 16-летняя дочь. Остальные пятеро членов семьи выздоровели.

Хотя такие смертельные случаи среди людей редки, сельскохозяйственные животные часто заболевают или умирают после поедания зелёного картофеля. Симптомы включают поражение пищеварительной системы, а также потерю чувствительности, галлюцинации и другие неврологические расстройства. Смерть может быть вызвана нарушением сердечного ритма. Виновниками являются токсичные вещества соланин и чаконин; их концентрация резко возрастает при воздействии света или во время прорастания, и они защищают клубни от насекомых и болезней.

Соланин и чаконин принадлежат к большому семейству гликоалкалоидов, которое включает тысячи токсинов, содержащихся в небольших количествах в других съедобных растениях, включая томаты и баклажаны. Эти вещества известны более 200 лет, но только недавно профессору Асафу Ахарони с кафедры наук о растениях удалось выяснить, как они производятся в растениях. Он и его команда определили биохимический путь, ответственный за производство гликоалкалоидов из холестерина. Их результаты облегчат выведение культур, свободных от токсинов, и разработку новых сортов сельскохозяйственных культур из диких штаммов, которые содержат такое большое количество гликоалкалоидов, что в настоящее время считаются несъедобными. С другой стороны, заставить растения производить гликоалкалоиды, если они этого не делают естественным образом, или увеличить их содержание может помочь защитить их от болезней.

Два года назад, в исследовании, опубликованном в The Plant Cell, учёные идентифицировали первый ген в цепочке реакций, ведущих к производству гликоалкалоидов. В новом исследовании, недавно опубликованном в Science, им удалось идентифицировать девять других генов в этой цепочке, используя исходный ген в качестве маркера и сравнивая паттерны экспрессии генов в разных частях томатов и картофеля. Было обнаружено, что нарушение активности одного из этих генов предотвращает накопление гликоалкалоидов в клубнях картофеля и томатах. Затем команда раскрыла функцию каждого из генов и описала весь путь, состоящий из десяти стадий, в ходе которого молекулы холестерина превращаются в гликоалкалоиды.

Анализ результатов дал интригующее понимание: большинство вовлечённых генов сгруппированы на хромосоме 7 генома картофеля и томата. Такая группировка, по-видимому, предотвращает передачу растениями своему потомству неполного пути синтеза гликоалкалоидов, что может привести к производству химических веществ, вредных для самих растений.