Ученые из Германии, Аргентины, Бразилии и США впервые составили полную карту генома растения мате. Сборка генома мате позволила исследователям клонировать гены, которые кодируют ферменты, участвующие в биосинтезе кофеина. Оказалось, что кофеин у мате вырабатывается так же, как у растений чая и кофе, хотя эти виды не родственники. Исследование опубликовано в журнале eLife.
Падуб парагвайский (Ilex paraguariensis), более известный как мате, — это дерево-эндемик, которое растет в субтропических лесах Южной Америки и имеет серьезное экономическое и культурное значение для Латинской Америки. Из высушенных и измельченных листьев этого растения производят популярный тонизирующий напиток Йерба мате, содержащий в своем составе большое количество биологически активных веществ, в том числе кофеин.
Ученые секвенировали (определили последовательность нуклеиновых кислот) ДНК, а также провели детальный структурный и биоинформатический анализ генома мате. Геном этого вида имеет общую длину 1,06 млрд пар оснований и содержит 53 390 генов, кодирующих белки. С его помощью биологи смогли изучить, какие эволюционные пути привели к специфическому биосинтезу кофеина в мате.
Ранее этот путь был изучен у кофе и чая, которые филогенетически не связаны с мате. Авторы статьи выделили из мате и кофе фермент, образующий кофеин, и получили его кристаллическую структуру. Анализ данных показал, что растение мате научилось синтезировать кофеин похожим на растения чая и кофе образом. Параллельная эволюция синтеза кофеина в мате и кофе привела ученых к предположению, что это вещество играет важнейшую роль в выживании растений, потенциально функционируя как защитный механизм.
«Мы пришли к детальному пониманию того, что у этих генов нет общего предка, что они имеют разное происхождение, но и у мате, и у кофе биосинтез кофеина развивался по схожим путям», — прокомментировал Адриан Турьянски из Университета Буэнос-Айреса.
Исследование генома растений необходимо для создания новых модифицированных вариантов растений с усиленными признаками устойчивости к неблагоприятным условиям: холоду, засушливой почве и различным вредителям. Кроме того, расшифровка патогенов приводит к разработке препаратов для профилактики заболеваний растений данного вида, что обеспечивает их выживаемость.
«Прочитав геном, вы узнаете, как вмешаться и изменить растение. Можно наделить его определенными характеристиками, например, вырастить мате без кофеина или создать сорт, который лучше подходит для определенной почвы, и таким образом расширить его возделывание», — отметил Турьянски.
Автор: Анна Ворошнина.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
