Как растения семейства капустных используют внутренние ресурсы при дефиците серы
Новое исследование Университета Кюсю (Япония) объясняет, как химические соединения, придающие уникальные полезные свойства растениям семейства капустных, расщепляются для поддержания роста в условиях нехватки серы. Это открытие может помочь в создании ещё более полезных для здоровья сортов брокколи и капусты.
Исследователи из Департамента бионаук и биотехнологий Университета Кюсю сообщили, что блокировка производства двух ферментов у растения резуховидка Таля (родственника капусты) снизила превращение химических соединений — глюкозинолатов — в более простые вещества. Это также ещё сильнее замедлило рост растений, когда они не получали достаточного количества серы из окружающей среды.
Глюкозинолаты — это серосодержащие соединения, производимые растениями семейства Brassicaceae (капустные), к которому относятся капуста, брокколи, цветная капуста и горчица. Они придают овощам характерный вкус и запах. Некоторые исследования указывают, что глюкозинолаты также могут быть полезны для профилактики рака и сердечно-сосудистых заболеваний.
Однако известно, что растения расщепляют глюкозинолаты в условиях дефицита серы — важнейшего питательного элемента для роста растений. Хотя этот механизм, по-видимому, является стратегией поддержания роста в неблагоприятных условиях, текущие знания о том, как происходит этот процесс и как он способствует адаптации к дефициту серы, всё ещё ограничены.
Группа исследователей под руководством Акико Маруяма-Накаситы представила в журнале Plant and Cell Physiology более глубокое понимание этого механизма, полученное в ходе изучения генетически модифицированных модельных растений.
«Хотя у нас были предыдущие данные, указывающие на то, что два конкретных фермента могут быть ключевыми из-за увеличения их количества при дефиците серы, наши новые результаты показывают, что удаление этих ферментов с помощью генетической модификации резко нарушает этот процесс расщепления», — говорит Маруяма-Накасита.
Исследователи изучали растения резуховидки Таля (представителя семейства Brassicaceae, первого растения с полностью расшифрованным геномом), модифицированные путём вставки ДНК бактерий для предотвращения производства одного из двух ферментов. Скрещивая эти растения, полученные из Arabidopsis Biological Resource Center, учёные создали растения, лишённые обоих ферментов — BGLU28 и BGLU30.
В то время как у всех растений в условиях достаточного количества серы уровни глюкозинолатов были схожими, в условиях дефицита серы их уровень был значительно выше у растений, лишённых обоих ферментов, по сравнению с немодифицированными растениями и растениями без только одного фермента.
Более того, рост растений без обоих ферментов был резко замедлен по сравнению с другими растениями при нехватке серы. Это доказывает, что расщепление глюкозинолатов в значительной степени способствует поддержанию роста растений в среде с дефицитом серы. Таким образом, одна из ролей глюкозинолатов в растениях может заключаться в том, чтобы служить хранилищем серы, которая может высвобождаться при необходимости.
«Полученные здесь знания углубляют наше понимание стратегий адаптации растений к условиям с дефицитом серы и, таким образом, имеют значение для продвижения эффективного использования серы в современном сельском хозяйстве», — комментирует Лю Чжан, первый автор статьи с результатами.
«Мы надеемся, что характеристика ключевых ферментов, регулирующих расщепление глюкозинолатов, прольёт свет на разработку стратегий по улучшению содержания этих функциональных соединений в культурах рода Brassica», — добавляет она.