«В течение некоторого времени мы пытались разгадать источник аминокислоты фенилаланина», — говорит Хироши Маэда, доцент ботаники Университета Висконсин-Мэдисон. «Растения используют этот путь для производства натуральных продуктов, которые жизненно важны для растений, а также для нашей пищи, лекарств, клетчатки и топлива. Одним из наиболее важных является лигнин, содержащийся в клеточной стенке растений, который позволяет деревьям стоять высоко и переносить воду. . "Другие ученые проследили метаболические пути растений до грибов, «которые довольно близки к растениям с точки зрения эволюции», — говорит Маэда. «Но в данном случае источником являются бактерии, которые являются более дальними родственниками».
В исследовании, недавно опубликованном в онлайн-журнале The Plant Cell, Маеда и его коллеги описали, как они проследили путь фенилаланина до двух групп бактерий. «Наш вопрос заключался в том, как растения могут производить столько разных видов и количеств этих ароматических углеводородов, особенно соединения, производные от фенилаланина», — говорит Маэда.Во время исследования Маэда и его коллеги, включая Джона Джелеско из Политехнического института Вирджинии, сравнили генетическую последовательность ферментов фенилаланинового пути растений с генетической базой данных, охватывающей множество организмов. «Мы попросили компьютер выделить похожие последовательности, и мы получили тысячи последовательностей», — говорит Маэда. «Мы взяли более близкие последовательности и провели филогенетический анализ. По сути, мы спрашивали: ‘Кто ваш ближайший брат?’»Они обнаружили, что последовательность растений наиболее похожа на класс бактерий под названием Chlorobi и Bacteroidetes. «Это было удивительно, потому что, когда люди проводят аналогичный анализ для других генов растений, они обычно находят наиболее близкую последовательность в грибах или цианобактериях, предки которых пришли в растения, и теперь делают растения зелеными и фотосинтезирующими.
Наши результаты не соответствовали ожиданиям людей. "В ходе последующих экспериментов исследователи расположили белковые последовательности других организмов в зависимости от того, насколько они напоминают последовательность растений, и определили два аминокислотных сайта, которые имеют решающее значение для производства фенилаланина.Поскольку путь фенилаланина имеет решающее значение для производства стольких ценных растительных продуктов, Маэда говорит, что исследование может в конечном итоге иметь практическую пользу. «Мы надеемся, что это поможет увеличить производство питательных веществ и лекарственных соединений».
С точки зрения фундаментальной науки, добавляет он: «Наше исследование дает примеры сложной эволюции химических путей в растениях». Он отмечает, что во время эволюции необходимость выживания и воспроизводства вынуждает организмы продолжать приспосабливаться к своим условиям. «У растений было множество возможностей усвоить различные гены (и ферменты) в процессе эволюции, чтобы справиться с проблемами окружающей среды.
"Фермент, который растения заимствовали у древних бактерий, был им полезен, когда они приобрели его, и растения в конечном итоге сохранили его, а не другие типы грибов или цианобактерий. Этот фермент и его пути развития теперь наблюдаются во всем царстве растений и позволяют растениям сделать такое большое разнообразие и количество фенольных соединений ».