Исследование раскрывает, как растения производят полезные лимоноиды

Лимоноиды — класс растительных природных соединений, чья сложная химия интенсивно изучается более 50 лет.

Самый известный лимоноид, азадирахтин, известен как безопасный для пчёл, но обладающий сильным действием против насекомых. Другие лимоноиды придают горечь цитрусовым, а такие соединения, как нимболид, исследуются на предмет потенциального противоракового действия.

Однако, несмотря на обширные исследования, оставалось загадкой, как растения начинают синтезировать эти полезные соединения.

Исследователи из Центра Джона Иннеса и Стэнфордского университета обнаружили новые гены, кодирующие эту ценную химию.

Команда использовала методы анализа геномов, чтобы идентифицировать три новых фермента, способных производить мелианол — предшественник лимоноидов, что представляет собой начальные этапы биосинтеза лимоноидов.

Из-за сложной химической структуры лимоноидов их трудно синтезировать химически. В результате их использование ограничено экстракцией из растительного материала.

Понимание того, как производится мелианол, открывает путь к метаболической инженерии лимоноидов, при которой вновь открытые гены можно экспрессировать в растениях или микробных системах. Это шаг к крупномасштабному производству лимоноидных фармацевтических препаратов и возможной разработке устойчивых к насекомым сельскохозяйственных культур.

«Если эту инженерию удастся осуществить, то можно будет выводить культуры с врождённой устойчивостью к насекомым, что может снизить зависимость от химических средств защиты. Кроме того, фармацевтическая промышленность получит больше полезных лимоноидов, что ускорит исследования их потенциального медицинского применения», — объясняет ведущий автор Ханна Ходжсон.

«Наш следующий шаг — найти и охарактеризовать оставшиеся ферменты, необходимые для превращения мелианола в лимоноиды. Это будет сложной задачей, но мы считаем, что идентификация ферментов для производства мелианола — это прочная отправная точка», — добавляет она.

Лимоноиды производятся растениями семейств Мелиевые (Meliaceae) и Рутовые (Rutaceae).

Команда из Центра Джона Иннеса охарактеризовала ферменты из Melia azedarach (мелия азедарах), тропического дерева семейства Meliaceae. Коллеги из Стэнфордского университета нашли и протестировали похожие гены из Citrus sinensis (апельсин сладкий), который относится к другому семейству растений (Rutaceae). Три гена, найденные командой из Стэнфорда, также производят мелианол, что позволяет предположить, что начало биосинтеза лимоноидов является общим для этих двух различных семейств растений.