Химический завод внутри растения

Ученые попытались выяснить каким образом растения учатся синтезировать новые вещества. Это важнейшая способность, ведь таким образом они могут эффективно взаимодействовать со средой: например, яды позволяют защищаться от вредителей, а нектар и пигменты, наоборот, помогают привлечь опылителей.

Исследователи из Университета в Буффало решили изучить, как именно растения обрели способность синтезировать разнообразные химические вещества. В качестве подопытного растения была использована Гардения жасминовидная (Gardenia jasminoides) – вечнозеленое тропическое растение. Гардения, как и шафран, производит соединение кроцин, которое обладает антиоксидантными свойствами и используется в медицине.

В ходе исследования ученые расшифровали геном гардении, чтобы идентифицировать гены, участвующие в синтезе кроцина. Однако, наблюдения показали, что дело не только в отдельных участках генома, но и в процессах, происходящих с генетической информацией. В частности, они отметили важность тандем-дупликаций. Это тип генетических перестроек, при которых отдельный сегмент хромосомы удваивается, и «копия» участка располагается непосредственно за «оригиналом». Может показаться, что простое копирование информации не способно привнести ничего нового, но на самом деле все как раз наоборот.

Как объясняют исследователи, тандем-дупликации дают растению возможность для развития новых способностей. В то время как исходный участок хромосомы остается на месте и продолжает выполнять свои функции, его копия со временем может мутировать, придавая растению новые свойства. По мнению ученых, именно такое удвоение части ДНК позволило гардении выработать ген, необходимый для производства кроцина.

К слову, это не единственный случай, когда хромосомные перестройки давали растению способность синтезировать новые вещества. Кофе конголезский, более известный как робуста, «научился» вырабатывать кофеин именно благодаря тандем-дупликациям. Интересно, что кофе и гардения происходят от одного предка и, возможно, на их развитие повлияли одни и те же мутации в прошлом.

Подобные исследования не только проливают свет на особенности растений, но и дают почву для прикладных разработок. Выяснив, что обеспечивает синтез тех или иных соединений в растении, люди получат доступ к более доступному сырью для фармакологических препаратов.