Как эволюция растений помогает бороться с вредителями и микробами
Исследователи из Университета штата Мичиган обнаружили, что представители обширного семейства яснотковых (мяты), такие как тимьян, базилик и лаванда, обладают генетическими секретами с большим потенциалом для применения.
Изучая геном растения дубровник обыкновенный (Teucrium chamaedrys), биохимики MSU выявили, что его геном огромен — почти как у человека. Также обнаружены сверхкрупный кластер генов и четыре набора хромосом (тетраплоидия).
Растения семейства яснотковых известны своими природными противораковыми, антивирусными и отпугивающими вредителей свойствами. Расшифровка генетических тайн дубровника приближает учёных к воспроизведению этих мощных растительных химических веществ в лаборатории в больших количествах.
"Что, если бы мы могли опрыскивать овощи натуральным продуктом, который заставит голодного оленя или насекомое сказать: 'Нет, спасибо'?" — говорит исследователь MSU Бьёрн Хамбергер, отмечая потенциальное применение в крупномасштабном сельском хозяйстве.
"Эти растения также обладают многообещающими антимикробными свойствами, которые могут помочь в борьбе с устойчивостью к антибиотикам", — добавил он.
Результаты работы опубликованы в журнале Plant Communications.
Семейное древо и специализированные метаболиты
Лаборатория Хамбергера изучает специализированные метаболиты растений, в частности группу молекул терпеноидов. Эти молекулы растения эволюционируют для получения преимущества в своей среде, в отличие от первичных метаболитов, необходимых для базовых процессов выживания.
"У растений нет роскоши убежать от вредителей или патогенов, поэтому они обращаются к химии", — поясняет Хамбергер.
Ранее команда расшифровала геном американской красавицы (Callicarpa americana), чья химия отпугивает комаров и клещей. Это помогло понять, как семейство яснотковых диверсифицировало свою химию за миллионы лет.
Для нового исследования была выбрана малоизученная дубровник обыкновенный — кустарник, распространённый в бассейне Средиземного моря.
Генетические сюрпризы
Ожидалось, что геном дубровника будет скромным, как у модельного растения арабидопсиса (135 миллионов пар оснований). Однако выяснилось, что он содержит около 3 миллиардов пар оснований — почти как человеческий геном.
"Если бы геном был размером с книгу, её толщина составляла бы сотни футов, а геномы человека и дубровника были бы размером с пятое по высоте здание в мире", — говорит ведущий автор статьи Эбигейл Брайсон.
Кроме того, оказалось, что дубровник является тетраплоидом — у него четыре копии генома (у человека — две, диплоидный набор).
"Представьте, что вам нужно разобрать и собрать четыре пазла, высыпанных в одну коробку", — комментирует Хамбергер сложность секвенирования.
Также был обнаружен невероятно крупный кластер генов — область генома, где функционально схожие гены расположены близко друг к другу. Подобный, но меньший кластер был найден ранее у американской красавицы. Это указывает на динамичную эволюцию таких кластеров в семействе яснотковых.
Эволюционная эффективность
Удвоение генома и группировка генов — это эволюционная эффективность. Если одна копия генов выполняет важную функцию, её дубликат свободен для развития новых задач. Кластеризация генов облегчает их передачу следующему поколению.
С этими новыми знаниями биохимики делают следующий шаг к воспроизведению мощных природных молекул в лаборатории. В следующий раз, встречая родственника мяты — орегано, розмарин или котовник — помните, что химия этого растения может помочь в решении глобальных проблем.