Котовник и гороховая тля нашли разные пути синтеза одного и того же вещества

Исследование в PNAS от команды Института химической экологии Макса Планка (Йена, Германия) показывает, что и растение котовник, и насекомое гороховая тля производят вещество непеталактон, несмотря на независимую эволюцию биосинтеза этого иридоида.

Хотя отдельные стадии биосинтеза идентичны, ферменты, катализирующие их, у растения и тли разные. Это первый случай, когда учёным удалось полностью расшифровать биосинтетический путь столь сложной молекулы, как непеталактон, у животного.

Иридоиды: Сложные молекулы с разными функциями

Иридоиды (группа монотерпенов) — это вторичные метаболиты растений, играющие роль в защите от травоядных и патогенов. Они найдены более чем в 50 семействах растений.

Ранее команда Сары О'Коннор показала эволюционное происхождение непеталактона в котовнике. Однако с 1980-х известно, что самки тли также производят непеталактон, используя его как половой феромон. Целью нового исследования было сравнение биосинтетических путей у растений и насекомых.

Натуральные продукты насекомых: Малоизученная область

Чтобы найти гены, отвечающие за производство непеталактона у тли, учёные «собрали» их задние ноги — именно там половые самки производят феромон. Из разных тканей (задние/передние ноги половых и бесполых самок, самцов) была выделена РНК для секвенирования.

«Мы искали гены, активные исключительно в задних ногах половых самок. Таких генов было очень мало, что упростило поиск ответственных за биосинтез», — поясняет первый автор работы Тобиас Кёльнер.

Разные ферменты — одинаковый результат

Исследователи идентифицировали все шесть ферментов биосинтетического пути у тли. Несмотря на идентичность промежуточных соединений с путём в котовнике, сами ферменты оказались совершенно другими.

«Ферменты растения для биосинтеза непеталактона растворимы, тогда как большинство ферментов насекомого связаны с мембраной», — отмечает Тобиас Кёльнер.

Описанный путь — один из самых длинных и химически сложных для натуральных продуктов насекомых из известных. Прогресс стал возможен благодаря новым методам секвенирования, работающим с малыми количествами РНК.

Конвергентная эволюция через границы царств

Исследование позволило сравнить пути биосинтеза иридоидов у растений и насекомых. Независимое развитие сходных решений разными организмами — пример конвергентной эволюции (как полёт у птиц и летучих мышей). Здесь же речь идёт о конвергентной эволюции метаболических ферментов, которые, будучи разными, приводят к образованию одного химического соединения.

Поскольку многие другие насекомые также производят иридоиды, учёные планируют изучать их биосинтез в связке с экологической ролью. Междисциплинарное сотрудничество с энтомологами поможет лучше понять биологическую и поведенческую основу этих природных соединений у насекомых.