Учёные обнаружили «параллельную вселенную» в генетике томатов

Исследователи из Университета штата Мичиган раскрыли удивительную генетическую загадку, связанную с сахарами в так называемом «томатном дёгте» — липком золотисто-чёрном веществе, покрывающем стебли и листья.

Ключевое открытие: томатные растения синтезируют химически уникальные ацилсахара как в трихомах (волосках на побегах), так и в корнях. Эти соединения производятся через две параллельные метаболические пути, которые не взаимодействуют друг с другом, подобно двум независимым сборочным линиям на заводе.

Детективная работа: Обнаружив ацилсахара в корнях, учёные провели генетический анализ. Используя масс-спектрометрию и ЯМР, они выявили, что ацилсахара корней и побегов имеют разный базовый химический состав и относятся к разным классам.

Генетические эксперименты: «Выключая» (knocking out) кандидатный ген биосинтеза корневых ацилсахаров, учёные полностью остановили их производство, не затронув синтез в трихомах. И наоборот, отключение хорошо изученного гена трихомных ацилсахаров не повлияло на корневое производство. Это стало убедительным доказательством существования двух независимых путей.

Неожиданный поворот: Оба пути генетически связаны. Гены, ответственные за синтез ацилсахаров в корнях и трихомах, физически сгруппированы в одном биосинтетическом кластере генов (BGC) на хромосоме, хотя и экспрессируются в разных тканях.

Эволюционная история: Анализ показал, что около 19 миллионов лет назад произошло удвоение фермента, ответственного за ацилсахара в трихомах. Эта копия в итоге легла в основу нового, корневого пути. Механизм её «включения» в корнях пока неизвестен.

Значение: Исследование углубляет понимание устойчивости и эволюции семейства паслёновых (Solanaceae), к которому относятся томаты, картофель, перец и табак. Защитные метаболиты растений, подобные ацилсахарам, — источник множества полезных для человека соединений: от фармацевтических препаратов до природных пестицидов.

«Здесь мы находим эту вторую параллельную вселенную, которая существует под землёй», — сказал руководитель исследования Роберт Ласт.

Открытие открывает путь к изучению возможности использования корневых ацилсахаров для создания устойчивых культур, не требующих синтетических пестицидов.