Растения независимо изобрели разные пути синтеза защитных веществ
Кукуруза и другие растения производят бензоксазиноиды — производные индола, которые защищают от широкого спектра травоядных и обладают антимикробными свойствами.
Их распространение в природе необычно: они встречаются спорадически у многих эволюционно далёких семейств растений, а не у близкородственных видов. Это навело учёных из Института химической экологии Макса Планка на мысль, что способность к синтезу этих веществ могла возникать независимо.
Исследование под руководством Тобиаса Кёльнера сосредоточилось на двух далёких от кукурузы видах двудольных растений (эвдикотов):
- Золотая яснотка (Lamium galebodolon)
- Афеландра оттопыренная (Aphelandra squarrosa)
Методология:
- Создание наборов данных о соединениях и экспрессии генов в тканях этих растений и их близкородственных видов, не производящих бензоксазиноиды.
- Выявление генов-кандидатов, потенциально вовлечённых в синтез.
- Функциональная проверка этих генов путём их экспрессии в табаке.
Ключевые открытия (опубликованы в PNAS):
- Путь биосинтеза бензоксазиноидов действительно эволюционировал независимо у кукурузы и изученных эвдикотов.
- В отличие от кукурузы, где специфические этапы пути выполняют близкородственные ферменты цитохрома P450, у эвдикотов были рекрутированы разные классы ферментов, включая неродственные семейства цитохрома P450.
- Неожиданным стало обнаружение, что яснотка и афеландра используют двухфункциональную флавин-содержащую монооксигеназу вместо двух разных цитохромов P450, как у злаков.
Вывод:
Работа демонстрирует необычайную гибкость метаболизма растений. Они могут независимо изобретать различные биохимические стратегии для производства одних и тех же соединений, что произошло как минимум трижды в эволюционной истории бензоксазиноидов.