Коллектив учёных из Института общей генетики РАН, Научно-исследовательс кого института физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ, МФТИ и Сколковского института науки и технологий сравнил транскриптомы и метаболомы двух видов — борщевика Сосновского, вызывающего солнечные ожоги, и безопасного сибирского борщевика.

Выяснилось, что гены обоих видов кодируют ферменты, необходимые для синтеза фотосенсибилизирующих веществ фуранокумаринов. Но различия отмечаются в регуляции экспрессии этих генов. Результаты опубликованы в журнале BMC Plant Biology.

У борщевика дурная репутация — им сплошь зарастают луга, поляны и обочины, от него невозможно избавиться и к нему не стоит прикасаться, дабы не получить сильнейшие ожоги. Это всем известный гигантский борщевик Сосновского — инвазивное растение, распространившееся с Кавказа на территорию России, Восточной и Северной Европы. Ожоги он вызывает благодаря фотосенсибилизирующим веществам фуранокумаринам, которые радикально повышают чувствительность кожи к солнечному излучению. Но есть и другие виды борщевика, не столь зловредные, например, сибирский борщевик — он меньше по размеру, не распространяется бесконтрольно и ожогов не вызывает.

Российские исследователи попытались найти причину этих отличий, сравнив два вида: борщевик Сосновского (Heracleum sosnowskyi) и сибирский борщевик (Heracleum sibiricum) на биохимическом и геномном уровнях. В этой работе, проводимой командой Алексея Пенина (лаборатория геномики растений ИОГен РАН) и Марии Логачёвой (Сколковский институт науки и технологий), участвовали специалисты НИИФХБ МГУ и МФТИ. Ранее эти же специалисты секвенировали геном борщевика Сосновского, его анализ показал, какие гены вовлечены в синтез фуранокумаринов.

Фуранокумарины — это гетероциклические соединения из трёх колец, по структуре молекулы они делятся на линейные и угловые. В растениях семейства зонтичные, к которым относится борщевик, присутствуют разные фуранокумарины, но фотосенсибилизирующими свойствами обладают линейные их формы, в особенности псорален и его производные.

Учёные работали с образцами борщевика Сосновского и борщевика сибирского из двух популяций (в Московской области и в Карелии). Методами жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии они измерили содержание фуранокумаринов в листьях, цветках и плодах растений, а также изучили экспрессию генов, вовлечённых синтез этих веществ.

Оказалось, что оба вида содержат все предшественники фуранокумаринов и все ферменты, необходимые для их синтеза. При этом у борщевика Сосновского оказалось больше как линейных фуранокумаринов (которые отвечают за фотосенсибилизацию), так и угловых, которые с ней не связаны. Как предполагают исследователи, причина в том, что борщевик Сосновского в целом гораздо более метаболически активен. Фуранокумарины растения используют и для своей собственной защиты — от насекомых, грибов, бактерий. Возможно, именно они стали причиной необычайной живучести борщевика Сосновского и его способности к быстрому распространению.

Сравнение активности генов показало, что геномы обоих видов борщевика кодируют все ферменты, необходимые для синтеза линейных и угловых фуранокумаринов. Так что борщевик Сосновского и борщевик сибирский не различаются по теоретической способности к их синтезу, но различаются на уровне регуляции генов ферментов биосинтеза. Однако учёные предупреждают, что следует соблюдать осторожность при обращении с любым борщевиком — всегда есть некоторая вероятность получения ожогов, потому что чувствительность к фуранокумаринам у разных людей сильно отличается.

Содержание фуранокумаринов и уровни активности генов ферментов различаются как между видами, так и в разных популяциях и в разных органах растений — в цветках и плодах их обычно больше, чем в листьях. Авторы предполагают, что на это могут влиять также экологические и физиологические факторы, хотя конкретное влияние, например, климата, пока выявить не удалось.

Источник: пресс-служба ИОГен РАН.