Все растения опосредуют свое взаимодействие с окружающей средой посредством химических сигналов. Примером служит алкалоид грамин, производимый растением ячменя, одним из наиболее широко выращиваемых злаков в мире. Грамин обеспечивает защиту от травоядных, а также подавляет рост других растений. Несмотря на давний интерес, ключевой путь, ответственный за образование грамина, оставался неуловимым. Однако ученым удалось решить задачу и получить предпосылки к точной настройке этого алколоида в ячмене.
Защитный алкалоид грамина, содержащийся в ячмене, важен для химической защиты от насекомых, но он же делает злаковую культуру менее вкусной для жвачных животных. Одной из важных целей селекционеров ячменя является достижение баланса, при котором защитные и вкусовые качества сохраняются посредством целенаправленной биоинженерии злаков.
Исследователи обнаружили в ячмене кластер из двух генов, отвечающих за биосинтез алколоида грамина. Первый ген (HvNMT) был открыт еще 18 лет назад. В своем недавнем исследовании ученые из Института генетики растений и исследований сельскохозяйственных растений им. Лейбница (IPK) и Университета Лейбница в Ганновере идентифицировали второй ген (AMI-синтаза, HvAMIS) и обнаружили, что оба гена расположены рядом друг с другом на одной и той же хромосоме. Благодаря этому открытию путь биосинтеза грамина в ячмене теперь полностью выяснен. Результаты опубликованы в релизе IPK и в журнале Science.
«Мы обнаружили, что AMIS — это фермент оксидаза, который осуществляет необычную скрытую окислительную перегруппировку триптофана, что позволяет нам пересмотреть предыдущие предложения по биосинтезу, сделанные в 1960-х годах», — говорит доктор Джон Д Ауриа, руководитель исследовательской группы IPK «Метаболическое разнообразие».
Профессор доктор Якоб Франке, руководитель группы биохимии специализированных метаболитов растений Ганноверского университета имени Лейбница, добавляет: «Мы были очень удивлены ранее неизвестным ферментным механизмом образования грамина. В то же время теперь у нас есть возможность производить биологически активные алкалоиды устойчивыми биотехнологическими методами».
«В отличие от многих других защитных метаболитов растений, для производства грамина в ячмене требуется всего два гена. Поэтому использовать наши результаты для практических применений относительно просто», — сказал Лин Чуанг из Ганноверского университета Лейбница, один из первых авторов статьи.
Таким образом, генная инженерия ячменя позволит селекционерам выполнять настройку грамина в культуре, снижая или, напротив, повышая уровень в зависимости от потребностей путем редактирования генома.
Источник: Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research. Фото из открытых источников.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.