Представители семейства мятных, такие как тимьян, базилик и лаванда, хранят в себе секреты, которые могут найти широкое применение. Исследователи из Мичиганского государственного университета (MSU) обнаружили, что у одного из родственников мяты — земляного дуба — огромный геном, почти такой же большой, как у человека, а также крупный кластер генов и четыре набора хромосом.
Растения семейства мятных известны своими природными противораковыми, противомикробными и противовирусными свойствами
Разгадка генетических тайн земляного дуба приближает учёных к воспроизведению этих мощных растительных химических веществ в лаборатории в больших количествах.
«Что, если бы мы могли опрыскивать наши овощи натуральным продуктом, который бы отпугивал голодных оленей или насекомых?» — говорит исследователь MSU Бьёрн Хамбергер, отмечая потенциальное использование в крупномасштабном сельском хозяйстве.
«У этих растений также есть интересные антимикробные свойства, которые могут помочь в борьбе с устойчивостью к антибиотикам, наблюдаемой в настоящее время», — добавил он.
Специализированные метаболиты
Команда опубликовала свои выводы в журнале Plant Communications. Хамбергер отметил, что в этом проекте, как и во многих других, они думали, что знают, что делать, но растения всегда преподносят что-то новое.
Люди тысячелетиями используют впечатляющее химическое разнообразие семейства мятных — от медицины и парфюмерии до известных кулинарных применений. В MSU Хамбергер изучает эти эклектичные химические вещества, более известные как специализированные метаболиты, и особенно группу молекул, называемых терпеноидами.
Специализированные метаболиты — это молекулы, которые растения развивают, чтобы получить дополнительное преимущество в своей среде. Они отличаются от первичных метаболитов, которые необходимы растению для основных процессов выживания, таких как рост и размножение.
Когда растение находит свою экологическую нишу и обитает в ней десятки миллионов лет, оно развивает сокровищницу специализированных метаболитов, чтобы адаптироваться и процветать. Эти уникальные молекулы являются источниками захватывающих химических свойств, наблюдаемых в семействе мятных, будь то способность индийского колеуса лечить глаукому или противомикробные свойства техасского шалфея, которые можно использовать против туберкулёза.
«Растения не могут позволить себе убегать от вредителей или патогенов, поэтому они обращаются к химии, чтобы выполнить свою работу», — сказал Хамбергер, профессор Джеймса К. Биллмана на факультете биохимии и молекулярной биологии.
Исследователи из лаборатории Хамбергера ранее добились значительных прорывов, изучая это генетическое и химическое разнообразие. В 2023 году его команда расшифровала геном американской красоты, кустарника с яркими пурпурно-красными ягодами, чья естественная химия отпугивает комаров и клещей. Это помогло пролить свет на то, как семейство мятных растений разнообразило свою химию с течением времени.
Исследование, целью которого в конечном итоге был синтез соединений, которые можно было бы использовать в качестве экономически эффективных пестицидов, принесло членам лаборатории Хамбергера Эбигейл Брайсон и Николасу Шлехту премию Neogen Land Grant Prize от MSU.
В поисках дальнейших научных сюрпризов в семействе мятных Брайсон выбрала малоизученный земляной дуб в качестве следующей цели лаборатории. Этот кустистый кустарник с розовато-фиолетовыми цветами получил своё название за форму крошечных листьев.
«Мы подумали: давайте секвенируем земляной дуб, выясним, как растения получают свои полезные химические продукты, и получим план для создания растительных терапевтических средств в лаборатории», — сказал Хамбергер.
«Это было хорошо, пока Эбби не обнаружила, что у земляного дуба есть неожиданно большой сюрприз для нас», — добавил он.
В обычно изучаемом растении Arabidopsis вы найдёте около 135 миллионов пар оснований ДНК. Представьте себе удивление Брайсон и Хамбергера, когда выяснилось, что у земляного дуба около трёх миллиардов пар оснований — почти столько же, сколько в геноме человека.
Исследователи из Департамента биологии растений Кевин Чайлдс и Джиминг Цзян также внесли свой вклад в исследовательские усилия группы, и они использовали установку ядерного магнитного резонанса Макса Т. Роджерса в MSU.
Помимо ошеломляющего размера генома земляного дуба, команда столкнулась с дополнительными сюрпризами, которые помогли заполнить картину того, как семейство мятных растений эволюционировало и развило свою мощную естественную химию.
«Мы обнаружили, что земляной дуб является тетраплоидом, то есть имеет четыре копии своего генома. Для сравнения, мы, люди, диплоидны, поэтому у нас их две — одна от мамы и одна от папы», — сказала Брайсон, ведущий автор статьи и нынешний постдокторский исследователь в Центре наук о растениях Дональда Данфорта.
«Представьте, что вам нужно отсортировать и решить четыре головоломки, сброшенные в одну коробку — вот что Эбби удалось сделать», — добавил Хамбергер, отметив трудности секвенирования такого сложного генетического ландшафта.
Также выяснилось, что земляной дуб содержит невероятно крупный кластер генов. Это область генома, где гены со схожими функциями расположены близко друг к другу.
Лаборатория Хамбергера обнаружила аналогичный, меньший кластер в своём предыдущем исследовании американской красавицы, что привело их к мысли, что этот кластер динамически эволюционирует у многих растений семейства мятных.
Но зачем удваивать или группировать свои гены? Хамбергер говорит, что это связано с эволюционной эффективностью. Если один набор генетической информации уже выполняет важную функцию, его дубликат может эволюционировать и выполнять новые функции.
Что касается группировки похожих генов вместе, Хамбергер сравнивает это с тем, как ваш зарегистрированный багаж достигает правильного пункта назначения после нескольких перелётов. «Как только материалы будут плотно упакованы, их будет легче передать следующему поколению», — объяснил он.
С этими последними открытиями биохимики делают следующий шаг к воспроизведению мощных, встречающихся в природе молекул в лаборатории в пригодных для использования количествах.
Так что в следующий раз, когда вы увидите на своём столе или в саду родственника мяты — будь то орегано, розмарин или даже кошачья мята — помните, что вы смотрите на растение, чья химия может помочь нам решить глобальные задачи.
Michigan State University
Другие новости по теме
- Комплексный подход: использование рапсового белка для веганских котлет и питательного корма для птиц
- Космический корабль Orion для миссии NASA Artemis 2 делает важный шаг к исторической лунной миссии
- Сельскохозяйственный датчик обнаруживает культуры по их вибрациям, предлагая альтернативный подход для фермерских роботов
- Миссия NASA PUNCH вышла на ключевую орбиту и предоставила первые данные
- Учёные используют климатические данные для составления карты и прогнозирования распространения заболевания амфибий
- Что нужно знать об облегчении состояния при межпальцевых кистах у собак
- Почему скаковые лошади могут помочь спасти человеческие жизни
- «Используй или потеряешь»: как остров изменил вид птиц
- Акула с щелевидными глазами впервые обнаружена в отдалённом Индийском океане — первое наблюдение в архипелаге Чагос
- Ровер NASA Perseverance обнаруживает на Марсе загадочный камень в форме шлема
Другие новости на сайте
- Мы протестировали полотенца от The Rag Company
- Разработчик утверждает: обновление Solana нацелено на слабое место Ethereum
- Robinhood сообщает об исторических объёмах криптовалютных торгов — в июле они достигли 16,8 миллиардов долларов.
- Комплексный подход: использование рапсового белка для веганских котлет и питательного корма для птиц
- Google AI представляет Gemma 3 270M: компактная модель для высокоэффективной тонкой настройки под конкретные задачи
- Космический корабль Orion для миссии NASA Artemis 2 делает важный шаг к исторической лунной миссии
- Стратегия Trust Bank от Ripple и покупка железнодорожной компании за 200 миллионов долларов могут превратить XRP в основу для расчётов.
- Исследователи изучают, как дефицит железа нарушает фотосинтез у важнейших океанических водорослей
- Человек развивает психоз, следуя предложенной ChatGPT бессолевой диете
- Правительство США ведет переговоры о приобретении доли в Intel, сообщают СМИ.