Раскрыты секреты трупного цветка
Необычный запах аморфофаллуса титанического, известного как трупный цветок из-за аромата, напоминающего гниющую плоть, привлекает толпы посетителей в оранжереи во время его редкого цветения. Ученых также интересует его способность к термогенезу — саморазогреву перед цветением, редкому для растений и малоизученному процессу.
Исследование под руководством Дартмутского колледжа выявило фундаментальные генетические пути и биологические механизмы, управляющие выработкой тепла и пахучих веществ при цветении. В статье, опубликованной 4 ноября в PNAS Nexus, команда под руководством профессора биологии Г. Эрика Шаллера также идентифицировала новый компонент запаха — органическое химическое соединение путресцин.
Ученые использовали несколько цветений 21-летнего растения Морфи из оранжереи Дартмута для сбора образцов тканей. Аморфофаллус титанический цветет редко (интервал 5–7 лет) и недолго, что создает узкое окно для исследований.
Растение представляет собой соцветие-початок (спадикс), окруженный покрывалом (спата). Во время цветения спадикс нагревается на величину до 20°F выше температуры окружающей среды, после чего выделяется характерный запах на основе сернистых соединений, привлекающий мух и жуков-падальщиков для опыления.
В 2016 году исследователи собрали девять образцов тканей (спата и спадикса) за три ночи, начиная с пика температуры. Альвина Зульфикар разработала метод выделения высококачественной РНК, что позволило провести RNA-seq анализ и определить роль генов в термогенезе и образовании запаха.
Анализ показал повышенную экспрессию генов альтернативных оксидаз (растительных аналогов разобщающих белков животных) в тканях при начале цветения, особенно в аппендиксе спадикса. Также активировались гены, вовлеченные в транспорт и метаболизм серы.
Для проверки механизмов, во время последующего цветения с помощью масс-спектрометрии измерили уровни аминокислот в тканях. Как и предсказывал анализ РНК, был обнаружен высокий уровень серосодержащей аминокислоты метионина — предшественника летучих сернистых соединений. Его уровень быстро снижался через несколько часов.
Неожиданностью стало обнаружение повышенного уровня другой аминокислоты в спате, служащей предшественником для производства путресцина — одоранта, характерного для разлагающихся животных тканей.
Это первое исследование, которое на молекулярном уровне раскрыло секреты запаха трупного цветка, определило процессы регуляции температуры и выявило роль разных частей соцветия в создании «парфюма падали».
Сейчас Шаллер изучает триггеры, предвещающие цветение, и возможность синхронизации цветения у соседних растений для усиления общего запаха и привлечения большего числа опылителей.