Исследование токсинов в обычном томате

Все томаты содержат томатин — токсин, присутствующий в зеленых плодах, листьях и корнях растения. Томаты производят это горькое соединение (основной специализированный метаболит растения, выделяемый корнями) для защиты от патогенов и вредителей.

Подобные метаболиты функционируют как питательные вещества и химические сигналы, влияя на формирование микробных сообществ, которые значительно воздействуют на рост растений.

Предыдущие исследования показали, что растительные органические токсины — сапонины, такие как томатин — изменяют микробное сообщество вокруг корней томата, увеличивая популяцию бактерии Sphingobium. Однако оставалось неизвестным, как колонии этого микроба в ризосфере томата (почве, окружающей корни) справляются с томатином.

Теперь исследовательская группа из Университета Киото выяснила, что Sphingobium обладает серией ферментов, которые гидролизуют томатин, обезвреживая его.

«Мы также идентифицировали ферменты, которые превращают стероидный томатидин в нетоксичные, более мелкие соединения», — говорит Акифуми Сугияма из Исследовательского института устойчивой человеческой сферы (RISH) Университета Киото.

«Наше открытие этих метаболитов помогает понять, как почвенные микроорганизмы справляются с токсичными соединениями растительного происхождения, чтобы успешно заселять ризосферу», — добавляет Масару Накаясу, также из RISH.

Команда Сугиямы выделила несколько бактерий из корней томата и почвы, обогащенной томатином, и идентифицировала бактериальный штамм RC1, который разлагает томатин и использует его в качестве источника углерода.

Анализ последовательностей генов RC1 показал, что в присутствии томатина повышается экспрессия нескольких генов семейства гликогидролаз. Экспрессия белков, кодируемых этими генами, в бактерии E. coli подтвердила их способность разлагать томатин in vitro.

«Мы думали, что четыре сахара, присоединенные к томатину, разрушаются в определенном порядке, но обнаружили, что четыре соответствующих гена — SpGH3-4, SpGH39-1, SpGH3-1 и SpGH3-3 — совместно работают над гидролизом томатина до томатидина», — отметила Кёко Такамацу из Высшей школы сельскохозяйственных наук Университета Киото.

Авторы ожидают дальнейших усилий по разработке сапонинов, отличных от томатина, и анализу того, как гены, разлагающие сапонины, влияют на взаимодействие между растениями и бактериальными сообществами в ризосфере.

«Учитывая, что многие специализированные метаболиты растений полезны для здоровья человека, мы можем сконструировать бактериальные гены на основе их ферментативных функций для производства новых биологически активных соединений для применения человеком», — заключил Сугияма.

Исследование опубликовано в журнале mBio.