Путь биосинтеза глицитеина проливает свет на устойчивость сои к болезням

от

Исследователи из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук (CAS) раскрыли давно ускользавший от понимания путь биосинтеза глицитеина — ключевого изофлавоноида сои. Они также выяснили, как его производство определяет устойчивость растения к Phytophthora sojae.

Их выводы были опубликованы в PNAS.

Соевые бобы — одна из важнейших пищевых и экономических культур в мире, ценимая за высокое содержание изофлавоноидов. Эти соединения полезны для здоровья человека и играют важную роль в иммунных реакциях растений. Несмотря на десятилетия исследований, биосинтез изофлавоноидов типа глицитеина оставался спорным, а фермент, катализирующий ключевой этап реакции, не был идентифицирован.

Предыдущие исследования предполагали, что глицитеин может синтезироваться через путь 6-гидроксилирования флаванона; однако прямых экспериментальных доказательств и сведений о его физиологической значимости не хватало.

Чтобы решить эту проблему, исследователи под руководством Ван Годуна использовали исследования на основе метаболома и полногеномных ассоциаций (mGWAS) в естественной популяции сои.

Их анализ выявил ген цитохрома P450, GmIF6H1 (ранее GmCYP76F17). С помощью гетерологичной экспрессии в дрожжах, ферментативных анализов и экспериментов с маркировкой стабильными изотопами исследователи впервые продемонстрировали, что GmIF6H1 специфически катализирует 6-гидроксилирование дайдзеина по кольцу А, производя 6-гидроксидайдзеин, который впоследствии метилируется с образованием глицитеина.

Это открытие опровергает давнюю модель биосинтеза, основанную на флаванонах, и устанавливает новый путь биосинтеза глицитеина с дайдзеином в качестве центрального предшественника.

Исследователи также обнаружили, что замена треонина на аланин в положении аминокислоты 248 (T248A) в GmIF6H1 заметно влияет на ферментативную активность. Интересно, что этот остаток подвергался отбору во время одомашнивания сои, что привело к снижению накопления глицитеина в культивируемых сортах.

Механистические исследования показали, что изофлавоноиды типа глицитеина и глициоллины (последние синтезируются через 2′-гидроксилирование дайдзеина) действуют синергетически, защищая сою от заражения P. sojae.

В нормальных условиях роста глицитеин накапливается заранее в качестве фитоантиципина, обеспечивая заранее сформированную химическую защиту. При вторжении патогенов глициоллины быстро индуцируются в качестве фитоалексинов.

Интересно, что как нокаут, так и сверхэкспрессия GmIF6H1 делали растения сои более восприимчивыми к P. sojae: нокаут-мутанты демонстрировали нарушение защиты из-за отсутствия глицитеина, тогда как линии со сверхэкспрессией нарушали распределение метаболических потоков, что приводило к нарушению производства глициоллина.

Эти результаты выявляют тонко настроенный метаболический баланс между ветвями изофлавоноидов, который оптимизирует устойчивость сои к болезням.

Это исследование объясняет биосинтетическое происхождение глицитеина и его функциональную роль в иммунитете растений и идентифицирует GmIF6H1 как многообещающую молекулярную мишень для селекции устойчивых к болезням сортов сои.

Точная модуляция экспрессии GmIF6H1 может позволить разработать сорта сои с оптимизированным составом изофлавоноидов и повышенной устойчивостью к патогенам, тем самым повышая устойчивость сельскохозяйственных культур.

Основываясь на этих выводах, исследователи стремятся интегрировать стратегии синтетической биологии для создания «умных» сортов сои, которые сочетают в себе улучшенную пользу для здоровья и повышенную стрессоустойчивость.

Предоставлено Китайской академией наук.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте