Независимо от сорта все томаты содержат томатин — токсин, находящийся в зеленых плодах, листьях и корнях растения. Томаты синтезируют горькое на вкус соединение для защиты от патогенов.
Подобные метаболиты играют роль питательных веществ и химических сигналов, влияя на формирование микробных сообществ и рост растений.
Ранее исследования показали, что органические токсины растительного происхождения — сапонины, например томатин — изменяют микробное сообщество вокруг корней томатов, увеличивая количество бактерий Sphingobium. Однако, как колонии микроорганизмов в ризосфере томатов справляются с томатином, неизвестно.
Исследовательская группа Университета Киото установила, что Sphingobium обладает целым рядом ферментов, которые гидролизуют томатин. Также были обнаружены ферменты, которые преобразуют стероидный томатидин в нетоксичные, более мелкие соединения.
Изучение этих метаболитов помогает понять, как почвенные микроорганизмы справляются с токсичными соединениями растительного происхождения для успешного заселения ризосферы.
Исследователи выделили несколько бактерий из корней томатов и почвы и идентифицировали штамм бактерий RC1, который снижает уровень томатина и использует его в качестве источника углерода.
Анализ последовательностей генов RC1 показал, что экспрессия нескольких генов семейства гликогидролаз увеличивается в присутствии томатина. Экспрессия белков, кодируемых генами бактерии E. сoli, подтвердила их способность разлагать томатин in vitro. Было установлено, что гены SpGH3-4, SpGH39-1, SpGH3-1 и SpGH3-3 совместно работают над гидролизом томатина до томатидина.
Исследователи продолжают работу по выведению других сапонинов, помимо томатина, и изучают, как гены, расщепляющие сапонины, влияют на взаимодействие между растениями и бактериальными сообществами в ризосфере.
Учитывая, что многие метаболиты, вырабатываемые растениями, приносят пользу здоровью человека, теперь возможно сконструировать бактериальные гены на основе их ферментативных функций для получения новых биологически активных соединений, которые могут быть использованы человеком.
На снижение урожая и качества плодов томатов прежде всего влияет фитосанитарное состояние семенного материала. В аккредитованных испытательных лабораториях Всероссийского центра карантина растений (ФГБУ «ВНИИКР» Россельхознадзора) проводят широкий спектр тестов на различные карантинные и особо опасные фитопатогены. Исследование семенного материала позволит защитить растения от возбудителей болезней и сохранить будущий урожай.
Источник: Masaru Nakayasu et al, Tomato root-associated Sphingobium harbors genes for catabolizing toxic steroidal glycoalkaloids, mBio (2023). DOI: 10.1128/mbio.00599-23