Секретный рецепт лимоноидов открывает двери для защиты растений, безопасных для пчел

Инновационные исследования раскрыли секрет того, как растения производят лимоноиды, семейство ценных органических химических веществ, которые включают в себя безопасные для пчел инсектициды и имеют потенциал в качестве противораковых препаратов.



Исследовательская группа, работающая в сотрудничестве между Центром Джона Иннеса и Стэнфордским университетом, использовала новаторские методы, чтобы раскрыть путь биосинтеза этих полезных молекул, которые производятся в некоторых семействах растений, включая красное дерево и цитрусовые.
В исследовании, опубликованном в журнале Science, исследовательская группа Центра Джона Иннеса использовала геномные инструменты для картирования генома китайского дерева (Melia azedarach), одного из видов красного дерева, и в сочетании с молекулярным анализом выявила ферменты в пути биосинтеза.



«Найдя ферменты, необходимые для производства лимоноидов, мы открыли дверь к альтернативному источнику производства этих ценных химических веществ», – объясняет доктор Ханна Ходжсон, соавтор первой статьи и постдокторант Центра Джона Иннеса.
До сих пор лимоноиды, один из видов тритерпенов, могли быть получены только путем экстракции из растительного материала.



Доктор Ходжсон объясняет: «Их структуры слишком сложны для эффективного химического синтеза. Теперь, зная путь биосинтеза, можно использовать организм хозяина для получения этих соединений», – добавила она.
Вооруженные полным биосинтетическим путем исследователи теперь могут производить химические вещества в широко используемых растениях-хозяевах, таких как Nicotiana benthamiana. Этот метод позволяет производить большие количества лимоноидов более устойчивым способом.



Увеличение поставок лимоноидов может позволить более широко использовать азадирахтин, лимоноид для борьбы с насекомыми, получаемый из дерева ним и используемый в коммерческих и традиционных средствах защиты растений. Азадирахтин является эффективным, быстро разлагающимся, безопасным для пчел средством защиты растений, но не находит широкого применения из-за ограниченного предложения.
Группа создала два относительно простых лимоноида, азадирон из китайской ягоды и кихадалактон А из цитрусовых, и считает, что использованные здесь методы теперь могут быть использованы в качестве шаблона для получения более сложных тритерпенов.
Профессор Энн Осборн, руководитель группы в Центре Джона Иннеса и соавтор исследования, сказала: «Растения производят широкий спектр специализированных метаболитов, которые могут быть полезны для человека. Мы только начинаем понимать, как растения производят такие сложные химические вещества, как лимоноиды. До этого проекта их биосинтез и ферменты, участвующие в нем, были совершенно неизвестны, теперь же открыта дверь для будущих исследований, которые будут опираться на эти знания, что может принести людям много пользы».
Другим примером ценного лимоноида, который команда надеется получить, является противораковый препарат нимболид. Эта работа может облегчить доступ к таким лимоноидам, как нимболид, для дальнейшего изучения. Помимо получения известных продуктов, таких как нимболид, команда исследователей говорит, что может открыться дверь для понимания новых видов деятельности лимоноидов, которые еще не были изучены.



Команда из Центра Джона Иннеса финансировалась компаниями Syngenta и BBSRC в рамках программы промышленного партнерства.

Метод исследования в деталях

Команда из Центра Джона Иннеса использовала геномные инструменты для сборки генома Chinaberry (Melia azedarach) на уровне хромосом, в котором они нашли гены, кодирующие 10 дополнительных ферментов, необходимых для производства предшественника азадирахтина – азадирона. Параллельно команда, работающая в Стэнфорде, смогла найти 12 дополнительных ферментов, необходимых для производства хидалактона А.



Экспрессия этих ферментов в N. benthamiana позволила охарактеризовать их с помощью жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии (ЖХ-МС) и спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) – технологий, позволяющих анализировать образцы на молекулярном уровне.

John Innes Centre