Лимоноиды могут повысить эффективность использования инсектицидов и уберечь от них пчел
Совместные исследования Центра Джона Иннеса (JIC) и Стэнфордского университета позволили выяснить, как некоторые семейства растений, включая красное дерево и цитрусовые, способны производить лимоноиды — ценные органические химические вещества, которые включают безопасные для пчел инсектициды, а также имеют потенциал в качестве противораковых препаратов.
Команда JIC использовала геномные инструменты для сборки генома такого дерева, как клокочина (Melia azedarach, на фото вверху) на уровне хромосом. Ученые обнаружили гены, кодирующие 10 дополнительных ферментов, необходимых для производства предшественника азадирахтина — азадирона.
Параллельно команда, работающая в Стэнфорде, смогла найти 12 дополнительных ферментов, необходимых для получения хидалактона A.
Экспрессия этих ферментов в австралийский табак (Nicotiana benthamiana) позволила определить их характеристики с помощью жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии и спектроскопии ядерного магнитного резонанса, что позволило проанализировать образцы на молекулярном уровне.
«Найдя ферменты, необходимые для производства лимоноидов, мы открыли дверь к альтернативному источнику производства этих ценных химических веществ», – пояснила доктор Ханна Ходжсон, соавтор первой статьи и постдокторант JIC.
До сих пор лимоноиды могли быть получены только путем экстракции из растительного материала. Доктор Ходжсон продолжает: «Их структуры слишком сложны для эффективного химического синтеза. Теперь, зная путь биосинтеза, можно использовать организм-хозяин (например, N.benthamiana) для производства этих соединений».
Производство химических веществ в широко используемых растениях-хозяевах может увеличить поставки лимоноидов более устойчивым способом, что, в свою очередь, позволит более широко использовать азадирахтин — лимоноид для борьбы с насекомыми, получаемый из дерева ним и используемый в коммерческой и традиционной защите сельскохозяйственных культур. Азадирахтин является эффективным, быстро разлагающимся, безопасным для пчел средством защиты растений, но не находит широкого применения из-за ограниченного предложения.
Руководитель группы JIC и соавтор исследования профессор Энн Осборн 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 пользу людям во многих отношениях».
Другим примером ценного лимоноида, который команда надеется получить, является противораковый препарат нимболид, и они уверены в потенциале своей работы в понимании новых видов деятельности лимоноидов, которые еще не были исследованы.
Команда из Центра Джона Иннеса финансировалась компаниями Syngenta и BBSRC в рамках программы промышленного партнерства. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science.
