Исследователи из Института прикладной экологии Китайской академии наук обнаружили перспективное новое применение ключевого промежуточного продукта в производстве витамина C, продемонстрировав его потенциал для ускорения роста растений и увеличения накопления ценных биологически активных соединений.
Опубликовано в журнале Plant Physiology and Biochemistry
Прорыв проливает свет на то, как 2-кето-L-гулоновая кислота (2KGA) — промышленный предшественник L-аскорбиновой кислоты (витамина C) — взаимодействует с метаболическими системами растений, влияя как на первичный, так и на вторичный метаболизм.
2KGA является ключевым соединением в промышленном производстве витамина C в Китае. Его получают методом «двухступенчатой ферментации», разработанным китайскими учёными. Этот процесс, признанный во всём мире благодаря своей экономической эффективности и экологическим преимуществам, сделал Китай лидером на мировом рынке витамина C. Однако применение 2KGA за пределами промышленного синтеза оставалось в значительной степени неизученным.
Под руководством доктора Сюй Хуэй исследователи обнаружили, что экзогенно применяемая 2KGA значительно увеличивает уровни витамина C в различных тканях растений, включая листья и плоды, — в среднем более чем на 45%. Результаты показывают, что 2KGA может функционировать как регулятор роста растений, модулируя критические этапы биосинтетического пути витамина C.
Для проверки этой гипотезы команда провела эксперименты с Brassica campestris ssp. Chinensis и модельным организмом Arabidopsis thaliana. Была выявлена чёткая зависимость между количеством применяемой 2KGA и накоплением аскорбиновой кислоты (ASA). Этот ответ был тесно связан с повышением экспрессии гена, кодирующего L-гулоно-1,4-лактоноксидазу (GLO) — фермента, необходимого для заключительного ферментативного этапа синтеза витамина C в растениях.
У Arabidopsis с дефицитом GLO применение 2KGA не привело к значительному увеличению уровней витамина C, что подчёркивает незаменимую роль GLO в опосредовании этого ответа. Кроме того, исследователи отметили, что изменения в общем содержании фенольных соединений и флавоноидов — класса вторичных метаболитов растений с антиоксидантными и полезными для здоровья свойствами — сильно коррелировали с концентрациями витамина C в листьях.
Используя интегрированный метаболомный и транскриптомный анализы, исследователи показали, что 2KGA не только стимулирует накопление витамина C, но и вызывает более широкие метаболические сдвиги. Это включало обратную связь модуляции цикла лимонной кислоты, изменения в метаболизме аминокислот и изменения в эффективности фотосинтеза.
Примечательно, что профили экспрессии 30 факторов транскрипции, участвующих в росте и вторичном метаболизме, были значительно затронуты, что указывает на сетевой регуляторный эффект.
Эти результаты дают новое представление о биологическом потенциале 2KGA за пределами его промышленного применения. Модулируя производство энергии и пути биосинтеза предшественников в растениях, 2KGA может служить новым биоресурсом для стимулирования роста растений и повышения синтеза полезных для здоровья фитохимических соединений.
Это исследование обеспечивает научную основу для будущей разработки 2KGA в качестве биостимулятора растений, что имеет значение как для устойчивого сельского хозяйства, так и для индустрии функциональных продуктов питания.
Предоставлено Китайской академией наук.