Как эволюция растений может помочь нам отразить вредителей и микробов

По словам исследователей Мичиганского государственного университета штата Мичиган, ароматные основные основные основные продукты, такие как тимьян, базилик и лаванда-часть обширной монетной семьи-скрывают некоторые сверхразмерные секреты с большими приложениями.

Рассказывая генетический состав монетного родственника, называемого земным дубом, биохимики MSU обнаружили, что он был по-настоящему массивный геном-более большой, как и наш собственный, а также очень большой кластер генов и четыре набора хромосом.

Члены семейства заводов мяты известны своими природными противораковыми, анти-перочными и антивирусными свойствами. Генетические загадки Ground Oak раскрывает исследователей на шаг ближе к воспроизведению этих естественных мощных растительных химических веществ в лаборатории в больших количествах.

«Что если бы мы могли распылять наши овощи натуральным продуктом, который заставляет голодного оленя или насекомого сказать:« Нет, спасибо »,-сказал исследователь МГУ Бьорн Хэмбергер, отметив потенциальное использование в крупномасштабном сельском хозяйстве.

«Эти растения также обладают захватывающими антимикробными свойствами, которые могут помочь с проблемами, которые мы видим в настоящее время относительно устойчивости к антибиотикам», – добавил он.

Выводы команды опубликовано в журнале Растительная коммуникацияПолем

«Этот проект был как многие другие, где мы ходили, думая, что знали, что делать», – сказал Хэмбергер. «Мы снова узнали, что у растений всегда есть что -то большее в рукавах».

Семейное воссоединение

Люди максимально использовали ослепительное химическое разнообразие семейства монетных дворов на протяжении тысячелетий, от медицины и ароматов до известных кулинарных применений.

В MSU Hamberger изучает эти эклектичные химические вещества, более известные как специализированные метаболиты – и особенно группа молекул, называемых терпеноидами.

Специализированные метаболиты – это молекулы, которые растения развиваются, чтобы дать им дополнительное преимущество в окружающей среде. Они отличаются от первичных метаболитов, которые представляют собой молекулы, которые необходимо для растения для основных процессов выживания, таких как рост и размножение.

Вы можете подумать об этой молекулярной смесью как о ингредиентах, необходимых для выпечки торта.

Если основными метаболитами являются мука, масло и сахар, которые образуют основу торта, специализированные метаболиты представляют собой вкусы, такие как шоколад или ваниль, которые делают его совершенно уникальным для каждого случая.

Когда растение находит свое Экологическая ниша И обитает в этом десятки миллионов лет, это будет развивать сокровищницу специализированных метаболитов для адаптации и процветания. Эти очень уникальные молекулы являются источниками захватывающих химических свойств, наблюдаемых в семействе мяты, будь то способность индийского Колея лечить глаукому, или мудрец Техаса, чья антимикробная химия может быть использована против туберкулеза.

«Растения не имеют роскоши убежать от вредителей или патогенов, поэтому они обращаются к химии, чтобы выполнить работу», – сказал Хэмбергер, Джеймс К. Биллман профессор в Департаменте биохимии и молекулярной биологии.

Ранее лаборатория Hamberger проводила серьезные прорывы, исследуя этот генетический и химический сорт.

В 2023 году, Его команда распаковала геном American Beautyberry, Кустарник с яркими пурпурными ягодами, чья нативная химия отталкивает комаров и клещей. Это помогло пролить свет на то, как семейство мяты диверсифицировало свою химию на протяжении веков.

Исследование, которое в конечном итоге рассмотрело синтезирование соединений, которые можно было бы использовать в качестве экономически эффективных пестицидов, заработали члены лаборатории Hamberger Abigail Bryson и Nicholas Schlecht MSU на неогром.

На охоте на дальнейшие научные сюрпризы в семействе мяты, Брайсон выбрал недостаточно изученный дуб в качестве следующей цели лаборатории. Обнаруженный по всему средиземноморскому бассейну, этот насыпанный кустарник с розовато -фиолетовыми цветами заработал свое название для формы крошечных листьев.

«Мы подумали: давайте последовательно последовательно узнаем, как растения достигают своих полезных химических продуктов, и получим план для создания терапии растений в лаборатории»,-сказал Хэмбергер.

«Все это было хорошо, пока у Эбби не узнала, что в« Группе Оук »была неожиданно огромное сюрприз для нас», – добавил он.

Головоломки и кластеры

В широко изучаемом растении Arabidopsis вы найдете скромные 135 миллионов пар оснований ДНК.

Итак, представьте себе удивление Брайсона и Хэмбергера, когда было обнаружено, что их наземный дуб содержал около трех миллиардов пары оснований – как столько же, как и Человеческий геномПолем

Чтобы снять эти огромные генетические суммы, Брайсон оттачивала свои биоинформационные навыки, работая вместе с Робином Буэллом, бывшим профессором Фонда исследований МГУ и нынешним исследовательским альянсом Джорджии, выдающимся учеником по геномике урожая в Университете Джорджии.

«Когда вы собираете геном, это похоже на то, что у вас есть части предложений книги, и вы пытаетесь выяснить, что говорит история,« Линия по линии », глава по главе», – сказал Брайсон, ведущий автор газеты и нынешний научный исследователь Дональда Данфорт.

«Что -то в геномах, которое трудно представить, – это размер данных, с которыми мы работаем. Если геном был размер реальной книги, толщина этой книги была бы сотни футов, а геномы человека и молотого дуба были бы примерно в размере пятого здания мира», – добавила она.

Исследовательские усилия группы также получили выгоду от сотрудников Департамента биологии растений Кевина Чайлдса и Джиминга Цзян и использовали МГУ Макс Т. Роджерс -атомный магнитный резонанс.

Генетический багаж

Помимо глазного размера генома из земного дуба, команда столкнулась с дополнительными сюрпризами, которые помогли заполнить картину того, как семейство монетных дворов развило свою мощную естественную химию.

«Мы обнаружили, что наземный дуб является тетраплоидом, что означает, что он имеет четыре копии своего генома. Для сравнения, мы, люди, диплоидны, поэтому у нас есть два – один от мамы и один от отца», – сказал Брайсон.

«Представьте себе, если бы вам пришлось разобраться и решить четыре головоломки, брошенных в ту же коробку – это то, чего достигла Эбби», – добавил Хэмбергер, отметив проблемы секвенирования такого сложного генетического ландшафта.

Было также откровение, что в наземном дубе был невероятно большой кластер генов. Это геномная область, где гены с похожими функциями расположены близко друг к другу.

Лаборатория Hamberger обнаружила аналогичный, меньший кластер в своем предыдущем исследовании American Beautyberry, что заставило их поверить, что этот кластер динамически развивается на многих семейных заводах Mint.

Но зачем в первую очередь удвоить или группировать ваши гены? Хэмбергер говорит, что все сводится к простой старой эволюционной эффективности.

Если один набор генетической информации уже выполняет важную обязанность, его дубликат может свободно развивать новые функции.

Что касается аналогичных генов, сгруппированных вместе, Хэмбергер сравнивает его с тем, что ваш проверенный багаж достиг правильного пункта назначения после нескольких рейсов.

«Как только материалы плотно упакованы, их легче переместить их на следующее поколение», – объяснил он.

С этими последними результатами биохимики делают следующий шаг к воспроизведению мощных, естественных молекул в лаборатории в полезных количествах.

Итак, в следующий раз, когда вы встретите родственника монетного двора на своем столе или в саду – будь то орегано, розмари или даже кошачья, – помните, что вы смотрите на растение, химия которого может помочь нам принять грандиозные проблемы мира.