Как растения эпигенетически регулируют свои химические защиты

Новое исследование показывает, как растения семейства паслёновых производят фармацевтически ценные соединения и как этот биосинтез регулируется эпигенетически.

Растения — мастера по производству огромного разнообразия химических веществ для защиты от животных и патогенов. Среди сотен тысяч ботанических соединений многие интересны для здоровья человека из-за своих лекарственных свойств. Например, многие растения семейства паслёновых образуют витанолиды — разнообразную группу стероидов с полезными для здоровья свойствами. Однако биосинтез и регуляция этих соединений изучены мало.

Исследовательская группа под руководством профессора Клода Беккера, генетика с факультета биологии LMU, обнаружила генный кластер, ответственный за производство витанолидов у физалиса (Physalis grisea). Исследование, недавно опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, было проведено совместно с партнёрами из Института молекулярной физиологии растений Макса Планка в Гольме и Университета Хоэнхайма.

«В таких генных кластерах гены, кодирующие ферменты, которые координируют последующие этапы биосинтетического пути, организованы в непосредственной близости друг от друга, — объясняет Беккер. — Это гарантирует, что они регулируются и наследуются вместе».

В случае кластера витанолидов команда обнаружила дупликацию в геноме, в результате которой две образовавшиеся единицы организованы в два функционально отдельных домена. Один активен только в корне растения, а другой — в надземных тканях.

«Нас удивило, что разделение и организация двух единиц, по-видимому, регулируются эпигенетически», — говорит Беккер. Таким образом, две версии кластера различаются по локальной структуре и химическим модификациям ДНК. Исследователи полагают, что это разделение позволяет растению производить слегка различные химические защиты в своих надземных и подземных тканях.

С помощью сравнительной геномики команда также показала, что, хотя дупликация генного кластера витанолидов специфична для подсемейства Physalis и его близких родственников, сам кластер высоко консервативен во всём семействе паслёновых, но отсутствует в роду, содержащем томат и картофель.

«Наше исследование даёт первые представления о производстве разнообразной и многофункциональной группы метаболитов — витанолидов, что является важным первым шагом для потенциальной разработки производных альтернативных пестицидов и новых терапевтических средств», — заключает Беккер.