Ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде нашли способ избавить картофель от токсичных соединений, сделав его безопаснее для употребления и более простым в хранении. Известно, что картофельные растения естественным образом вырабатывают токсичные химические вещества, защищающие их от насекомых. Эти соединения, известные как стероидные гликоалкалоиды (SGAs), в высокой концентрации содержатся в зеленых частях кожуры и местах прорастания клубней. Для человека и насекомых они одинаково опасны, хотя для растений играют ключевую роль в защите от вредителей.
«Эти соединения критически важны для самозащиты растений, но делают определенные части картофеля непригодными для употребления», — поясняет автор исследования Адам Йожвяк. «Мы расшифровали биосинтетический путь их образования, и теперь у нас есть возможность создать растения, которые будут вырабатывать токсичные соединения исключительно в листьях, сохраняя необходимые нам клубни безопасными».
Известно, что солнечный свет стимулирует синтез SGAs в картофеле даже после сбора клубней. Однако, благодаря идентификации генетического механизма, регулирующего выработку SGAs, ученые смогут избавить картофель от токсинов, не лишая растение необходимых ему защитных свойств. Более того, удаление этих соединений облегчит перевозку и хранение картофеля без необходимости защиты от солнечных лучей.
Работа ученых сосредоточена на белке под названием GAME15, который играет ключевую роль в синтезе SGAs. Этот белок одновременно выступает как фермент и организатор, координируя работу других ферментов для эффективного производства токсинов и предотвращая их утечку в другие части клеток.
Интересно, что аналогичные соединения обнаружены и в других растениях, в том числе, в томатах. Их незрелые плоды, листья, стебли и корни также содержат SGAs. Когда ученые подавили работу гена GAME15 у томатов, они смогли полностью остановить синтез токсинов. Однако это сделало растения крайне уязвимыми для вредителей. Исследователи предполагают, что управление синтезом SGAs — например, ограничение их производства только плодами или клубнями, но не листьями — позволит создавать устойчивые к вредителям культуры, которые остаются безопасными для хранения и употребления.
«Теперь вы могли бы хранить картофель на кухне без риска, что под воздействием солнца он станет токсичным. Это сократит потери продуктов и облегчит их использование в любое время», — отмечает Йожвяк.
Полученные результаты особенно перспективны для замкнутых экосистем, например, для выращивания растений в космосе или вертикальных фермах. В условиях, где каждый элемент растений может быть использован в пищу, такие модификации становятся незаменимыми. «Для космического земледелия, где важна каждая съедобная часть растения, эти открытия имеют огромный потенциал», — добавляет ученый.
Исследователи смогли добиться этих результатов, воссоздав процесс синтеза SGAs в табачных растениях. Оказалось, что в ходе эволюции растения приспособились использовать белки, изначально предназначенные для других целей, например, для формирования клеточных стенок, и перенаправили их в эндоплазматический ретикулум — участок клетки, где начинается выработка токсинов.
«Фактически растение заимствует ресурсы у самого себя для создания GAME15», — объясняет Йожвяк. «Этот процесс оказался удивительным примером эволюционного переосмысления функций белков».
Понимание того, как растения балансируют между ростом, воспроизводством и защитой, открывает новые возможности для создания культур, которые соответствуют современным потребностям. Удаление SGAs из несъедобных частей растений делает их не только безопаснее, но и универсальнее.
«Мы в восторге от возможностей, которые открывает это открытие, — заключает Йожвяк. — Теперь мы можем существенно продлить срок хранения таких культур, как картофель, и сократить потери продовольствия как на Земле, так и за ее пределами».
Ранее в России нашли новый способ защиты картофеля от болезней.
