Опасность не в генах, а в их активности: ученые выяснили, что делает борщевик Сосновского ядовитым
Ученые сравнили 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.
Большие заросли борщевика, похожие на инопланетную флору, давно стали символом экологической проблемы и реальной опасности для человека. Прикосновение к нему грозит мучительными ожогами, которые не заживают неделями. Однако не все представители этого рода столь коварны. Рядом с грозным гигантом — борщевиком Сосновского — скромно растет его безобидный родственник, сибирский борщевик. В чем же причина такой радикальной разницы в характере двух близких видов? Ответ на этот вопрос нашла объединенная команда генетиков и биохимиков.
Ученые из Института общей генетики РАН, НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ, МФТИ и Сколтеха провели детальное сравнение двух видов растений на уровне их генетической активности (транскриптомов) и биохимического состава (метаболомов).
Целью исследования было выяснить, почему борщевик Сосновского производит огромное количество опасных фуранокумаринов, вызывающих фотосенсибилизацию кожи, а сибирский борщевик — нет.
Мы считаем, что многие (хотя наверняка не все) причины высокой инвазивности борщевика Сосновского связаны с его мощной защитной системой, обеспечивающей устойчивость против естественных врагов — насекомых, грибов, бактерий.
Результаты оказались неожиданными: выяснилось, что оба вида обладают абсолютно одинаковым генетическим «инструментарием». Их гены кодируют все необходимые ферменты для синтеза как опасных линейных фуранокумаринов (псоралена и его производных), так и безвредных угловых.
Ключевое различие кроется не в наличии генов, а в уровне их экспрессии, то есть в регуляции их работы. Борщевик Сосновского оказался гораздо более метаболически активным, производя значительно больше ядовитых веществ во всех частях растения, особенно в цветках и плодах.
Исследователи предполагают, что именно высокая концентрация фуранокумаринов, защищающих от насекомых, грибов и бактерий, стала секретом невероятной живучести и инвазивности борщевика Сосновского, позволив ему захватить огромные территории. При этом ученые подчеркивают, что даже сибирский борщевик не стоит считать абсолютно безопасным, так как индивидуальная чувствительность человека к этим веществам может сильно различаться.
Содержание токсинов варьируется не только между видами, но и между разными популяциями растений и зависит от экологических условий, но прямое влияние климата пока не доказано. Это открытие важно для разработки стратегий борьбы с опасным сорняком на фундаментальном уровне.