Фундаментальный химический путь растений ведёт к бактериям

Установлено, что фундаментальный химический путь, который все растения используют для создания незаменимой аминокислоты фенилаланина, необходимой всем животным для синтеза белков, происходит от двух групп древних бактерий. Этот путь также известен производством сотен химических соединений, включая вещество, придающее древесине прочность, и пигменты, окрашивающие красное вино.

"Мы давно пытались раскрыть источник аминокислоты фенилаланина", — говорит Хироши Маэда, доцент ботаники Университета Висконсин-Мэдисон. — "Растения используют этот путь для создания натуральных продуктов, жизненно важных для них самих, а также для нашей пищи, лекарств, волокон и топлива. Один из важнейших — лигнин, содержащийся в клеточной стенке растений, который позволяет деревьям быть высокими и транспортировать воду".

В ходе исследования, опубликованного в онлайн-журнале The Plant Cell, Маэда и его коллеги, включая Джона Джелеско из Виргинского политехнического института, сравнили генетическую последовательность ферментов растительного пути синтеза фенилаланина с генетической базой данных, охватывающей множество организмов.

"Мы попросили компьютер выудить похожие последовательности и получили тысячи результатов", — объясняет Маэда. — "Мы взяли наиболее близкие последовательности и провели филогенетический анализ. По сути, мы спрашивали: 'Кто твой ближайший родственник?'".

Они обнаружили, что растительная последовательность наиболее похожа на последовательности класса бактерий Chlorobi и Bacteroidetes.

"Это было удивительно, потому что при аналогичном анализе других растительных генов обычно находят ближайшую последовательность у грибов или у цианобактерий, чей предок вошёл в состав растений и теперь делает их зелёными и фотосинтетическими. Наши результаты не соответствовали ожиданиям".

В последующих экспериментах исследователи расположили белковые последовательности от других организмов в соответствии с их сходством с растительной и идентифицировали два аминокислотных сайта, критически важных для производства фенилаланина.

Поскольку путь синтеза фенилаланина критичен для производства множества ценных растительных продуктов, исследование может в перспективе иметь практическую пользу.

"Мы надеемся, это может помочь увеличить производство питательных и лекарственных соединений", — говорит Маэда.

В плане фундаментальной науки работа показывает сложную эволюцию химических путей растений.

"Фермент, который растения переняли у древних бактерий, был полезен для них, когда они его приобрели, и растения сохранили его, а не другие типы от грибов или цианобактерий. Этот фермент и его путь теперь наблюдаются во всём царстве растений и позволяют им производить такое большое разнообразие и количество фенольных соединений".