Метаболизм растений оказался сложнее, чем считалось ранее
Растения развили чрезвычайно сложные метаболические сети. Долгое время учёные фокусировались на том, как растения производят вторичные метаболиты — соединения, которые усиливают их защитные механизмы и способность к выживанию.
"Только недавно мы начали понимать, что гены, участвующие в создании этих специализированных вторичных метаболитов, подвержены регуляции", — говорит Ин Ли, доцент Университета Пердью. "Они включаются, когда растениям нужно производить вторичные метаболиты. И выключаются, когда в них больше нет необходимости".
Наталия Дударева из Университета Пердью добавляет: "Кроме того, вторичные метаболиты часто токсичны для клеток при высоком накоплении. Однако клетки чувствуют это накопление и подавляют экспрессию генов, ответственных за образование предшественников этих летучих веществ".
В специальном выпуске журнала Trends in Plant Science Ли и Дударева подчёркивают важность специализированных метаболитов в регуляции генов, которые растения используют для образования химических соединений.
"Мы увидели первые намёки на то, что сами вторичные метаболиты могут быть сигналом для включения или выключения этих генов", — говорит Ли. "И мы почти ничего не знаем о том, как метаболиты ощущаются растениями и как это приводит к регуляции генов".
Сложности исследования:
- Процесс высокоспецифичен для каждой отдельной линии растений.
- Иногда метаболиты производятся только определёнными клетками в конкретное время.
- Растения часто производят метаболиты в малых количествах, что затрудняет их обнаружение.
Для прогресса необходимы:
- Анализ взаимодействия метаболитов с белками, чтобы определить, какие белки могут их чувствовать и связывать.
- Анализ экспрессии генов, что стало возможным благодаря инструментарию секвенирования нового поколения (next-generation sequencing).
Значение и перспективы:
Вторичные метаболиты критически важны для адаптации растений к стрессовым ситуациям, таким как засуха или атака патогенов, а также для успешного опыления.
"По этим причинам существует мечта о метаболической инженерии, чтобы заставить растения производить больше специализированных метаболитов для лучшей устойчивости к стрессу, создания лекарств или привлечения опылителей", — говорит Ли.
Ключевая задача — понять, как избыточное производство метаболитов нарушает регуляцию генов. Если найти способ правильно вмешаться в этот процесс, "тогда мы сможем безопасно производить много метаболитов, потому что это не запустит механизм обратной связи".