Как растения семейства капустных используют рекрутированные гены для защиты от травоядных

Исследователи из Научно-технологического института Нары (NAIST) обнаружили удивительный механизм эволюционной адаптации у растений порядка Brassicales (капустоцветные), к которым относятся капуста, горчица и васаби. Гены, изначально отвечавшие за газообмен, были рекрутированы для химической защиты.

Ключевую роль в этом процессе играет белок FAMA. Помимо своей основной функции — регуляции экспрессии генов для формирования устьиц (пор для газообмена), — он также контролирует развитие мирозиногенных клеток. Эти специализированные структуры накапливают соединения горчичного масла (глюкозинолаты), которые при повреждении растения создают резкий, едкий вкус, отпугивающий травоядных.

Исследование, опубликованное в Nature Plants, идентифицировало конкретный ген WASABI MAKER (WSB), который напрямую активируется FAMA и является ключевым триггером для развития мирозиногенных клеток. У растений без WSB эти защитные клетки не формировались.

Также был обнаружен ген STOMATAL CARPENTER 1 (SCAP1) — ещё одна мишень FAMA. Он участвует в регуляции развития замыкающих клеток устьиц, но его роль в формировании мирозиногенных клеток вторична.

Эволюционный анализ показал, что эти генетические пути изначально регулировали развитие устьиц, но позже были рекрутированы для защиты у Brassicales. Это демонстрирует, как растения развивают новые стратегии выживания, не создавая полностью новые гены.

Открытие открывает перспективы для улучшения урожайности сельскохозяйственных культур. Модификация ключевых регуляторов, таких как FAMA, может усилить химическую защиту растений от вредителей. Поскольку FAMA также контролирует газообмен, его можно оптимизировать для эффективного поглощения CO₂.