Учёные раскрыли новый потенциал древних растений семейства мятных

Исследователи из Университета штата Мичиган (MSU) проследили эволюцию геномов растений семейства мятных для будущего применения в медицине, пестицидах и антимикробных средствах.

Эволюция специализированной химии

Семейство мятных (Lamiaceae), включающее шалфей, розмарин, базилик и даже древесные растения, такие как тик, обладает разнообразными специализированными метаболитами. Эти соединения помогают растениям защищаться от хищников и патогенов.

Исследователь Бьёрн Хамбергер с 2016 года изучает в растениях специализированные метаболиты — терпеноиды. Они являются ключевыми компонентами зелёных агрохимикатов, антиоксидантов, косметики и парфюмерии.

Геномный прорыв

В сотрудничестве с геномиком Робином Буэллом команда секвенировала несколько геномов мятных. Анализ показал, как их химия развивалась на протяжении 60–70 миллионов лет.

«За миллионы лет растения адаптировались к своим экологическим нишам, что привело к огромному разнообразию их химического состава», — пояснил Хамбергер.

Необычное открытие в геноме красивоплодника

Используя междисциплинарный подход, аспиранты Эбигейл Брайсон и Эмили Ленье обнаружили в геноме красивоплодника (из семейства мятных) необычную структуру — большой биосинтетический кластер генов (BGC).

• BGC — это группа генов, расположенных близко друг к другу в геноме и участвующих в одних и тех же метаболических путях.
• Подобные кластеры хорошо известны у бактерий, но их роль у растений изучена недостаточно.
• В этом кластере содержатся гены, кодирующие два различных пути синтеза терпеноидов.
• Вариации этого BGC были найдены ещё у шести видов семейства мятных.

«Физическое расположение генов в геноме важно. Оно может управлять эволюцией специализированных метаболических путей, приводя к огромному разнообразию природных соединений», — отметила Брайсон.

Адаптация и будущие применения

Терпеноиды из этого кластера накапливаются в разных частях растения (листьях, корнях) и, вероятно, играют различную роль в адаптации. «Это одна и та же базовая молекула, но каждый вид создаёт свою версию и модифицирует её по-разному для выживания», — сказала Ленье.

Ранее исследования мятных уже привели к медицинским применениям:

• Индийская колеус — природное средство для лечения глаукомы.
• Техасский шалфей — природный антимикробный агент, эффективный против туберкулёза.

Новые данные об эволюции ферментов открывают двери для будущего применения природных продуктов мятных, включая создание в лаборатории натуральных репеллентов от комаров.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.