Генные мутации помогают цветам имитировать неприятный запах, чтобы привлечь опылителей, любящих падаль

У дикого имбиря есть хитрый трюк в рукаве, чтобы заманивать опылителей. Нет, это не сладкий аромат, наполняющий воздух, а отвратительный смрад гниющей плоти и навоза. Чтобы привлечь мух и жуков, питающихся падалью, цветы растения рода Asarum вырабатывают зловонный химикат под названием диметилдисульфид (DMDS) с помощью дисульфидсинтазы (DSS) — фермента, полученного из другого фермента, метантиолоксидазы (MTOX), который встречается как у животных, так и у растений.

Исследование , проведенное японскими учеными, показало, что несколько изменений в гене, в первую очередь отвечающем за детоксикацию пахучих соединений, независимо друг от друга развились в трех различных группах растений и стали причиной возникновения неприятных запахов. Согласно исследованию, опубликованному в журнале Science , те же три аминокислотные замены, которые были обнаружены во всех независимо эволюционировавших ферментах DSS, обеспечили переход от активности MTOX к активности DSS.

Избранные немногие организмы способны процветать в экологических нишах, к которым другие не имеют доступа. Их стремление к выживанию подпитывается адаптивной радиацией , где виды диверсифицируются, развивая набор специализированных или улучшенных метаболических признаков. Понимание того, как возникают эти новые признаки, их эволюция с течением времени и что ограничивает их развитие, является ключевой областью интересов в различных областях современной биологии.

Естественный отбор часто благоприятствует повторной эволюции полезных признаков, тем самым открывая ученым возможности изучать изменения с помощью филогенетических сравнительных методов — статистических методов, которые используются для анализа истории эволюции и диверсификации организмов. Интересной особенностью для исследования является способность покрытосеменных или цветковых растений имитировать внешний вид и запах падали или навоза для привлечения опылителей — стратегия, которая независимо возникла во многих группах растений.

Предыдущие исследования показали, что цветочные олигосульфиды, сильные, дурно пахнущие соединения на основе серы, возникают в результате бактериального распада серосодержащих аминокислот, таких как цистеин и метионин. Хотя их роль в привлечении опылителей хорошо документирована, мало что известно о генетических и физиологических механизмах, которые позволяют цветам выделять эти летучие соединения. Чтобы раскрыть эволюционные пути и генетические изменения , способствующие такому поведению, исследователи сосредоточились на Asarum — группе растений, которые приобрели свойство неоднократно производить неприятные запахи за относительно короткий эволюционный период — менее 7 миллионов лет.

Исследователи проанализировали летучие соединения, вырабатываемые 53 видами и восемью разновидностями Asarum. Чтобы определить, происходят ли олигосульфиды, такие как DMDS, из аминокислоты l-метионина или нет, были проведены эксперименты по подкормке с изотопной меткой, в ходе которых цветам давали l-метионин, меченый углеродом-13. Они обнаружили, что как ДМДС, так и диметилтрисульфид (ДМТС) содержали метку углерода-13, что подтверждает, что источником был L-метионин. Исследователи выделили три основных класса генов селен-связывающего белка (СБП) у Asarum. Экспрессируя эти гены в E. coli, они обнаружили, что один класс, SBP1, кодирует ферменты, которые преобразуют метантиол в DMDS. Также сообщалось о корреляции между количеством DMDS, выделяемого цветами, и уровнями экспрессии SBP.

Исследование предполагает, что широкое распространение выбросов ДМДС у имитаторов цветов может быть связано с легкостью, с которой высококонсервативный фермент может быть перепрофилирован посредством всего лишь нескольких замен аминокислот.

Читайте также: