Ростки картофеля естественным образом вырабатывают химические вещества, которые защищают их от насекомых. Эти химические вещества под названиемс стероидные гликоалкалоиды, или SGA, содержатся в большом количестве в зеленых частях картофельной кожуры и в ростках. Они делают картофель небезопасным как для насекомых, так и для человека.

Эти соединения необходимы растениям для защиты от насекомых, но они делают некоторые части этих культур несъедобными, — говорит Адам Йозвяк, молекулярный биохимик из UCR, возглавивший исследование.

Теперь, когда мы раскрыли путь биосинтеза, мы можем потенциально создать растения, которые будут производить эти соединения только в листьях, сохраняя съедобные части.

Солнечный свет может стимулировать производство SGAs в клубнях картофеля — части картофеля, которую употребляют в пищу, — даже после того, как они были собраны. Выявив ключевой генетический механизм производства SGA, исследователи Калифорнийского университета в Риверсайде смогут снизить токсичность картофеля, сохранив при этом естественные защитные силы растения. Устранение SGA из картофеля также облегчит его хранение и транспортировку на открытом воздухе.

Исследование, опубликованное в журнале Science, посвящено белку, получившему название «GAME15», который играет ключевую роль в управлении производством SGA в растениях. Этот белок действует одновременно как фермент и как строительный каркас, организуя другие ферменты в „конверсионную фабрику“, которая эффективно производит SGA, не позволяя токсичным соединениям просачиваться в другие части растительных клеток, где они могли бы посеять хаос.

Томаты также производят SGA, в основном в зеленых, недозрелых плодах, а также в листьях, стеблях и корнях растений. Когда исследователи заглушили ген GAME15 в томатах, они устранили производство SGA, но при этом сделали растения очень восприимчивыми к вредителям.

Сконструировав растения таким образом, чтобы контролировать, когда и где вырабатываются SGA, например, в листьях, но не в самом картофеле, исследователи представляют себе урожай, который можно хранить без риска токсичности от воздействия солнечного света.

Вы можете хранить картофель на своей кухне и не беспокоиться о том, что он подвергнется воздействию солнца, которое заставляет его производить больше SGA. И тогда вы сможете есть его, когда захотите, сокращая количество пищевых отходов, — говорит Джозвиак.

Кроме того, полученные результаты могут позволить использовать другие части растений, например, листья, в пищу в условиях ограниченного пространства, например, в космических полетах или в системах вертикального земледелия.

Для космического сельского хозяйства, где каждая часть растения может быть съедобной, эти результаты особенно перспективны, — сказал Джозвиак.

Команда достигла этих результатов, первоначально воссоздав процесс производства SGA в растениях табака. Удивительно, но они обнаружили, что в ходе эволюции этот процесс перенаправил белок из плазматической мембраны или аппарата Гольджи, где он отвечает за производство компонентов клеточной стенки, имеющих решающее значение для роста клетки, в эндоплазматический ретикулум — часть клетки, где начинается производство токсинов.

По сути, растение заимствует у самого себя, чтобы создать GAME15, — говорит Джозвиак.

Мы не ожидали, что растение похитит белок, необходимый ему для производства клеточных стенок.

Зеленые, недозрелые плоды могут быть токсичными, но во время созревания эти молекулы превращаются в нечто съедобное. Ограничив использование SGA в несъедобных частях растений, фермеры и потребители смогут получить более безопасные и универсальные культуры.

Наша работа демонстрирует, что растения выработали гениальные способы сбалансировать рост, размножение и защиту, — говорит Джозвиак.

Понимание этих систем позволяет нам перепроектировать сельскохозяйственные культуры для удовлетворения современных потребностей без ущерба для их способности к процветанию.

В этом исследовании принимали участие ученые из Научного института Вейцмана в Израиле, а также Университета Кобе, Центра устойчивого ресурсоведения RIKEN и Университета Осаки в Японии. Полученные группой результаты не только обещают более здоровую пищу, но и представляют собой скачок вперед в области устойчивого сельского хозяйства и освоения космоса.

Мы в восторге от потенциала этого открытия, — сказал Джозвиак.

Захватывает мысль о том, что теперь мы можем значительно продлить срок хранения таких культур, как картофель, и сократить количество пищевых отходов на Земле и за ее пределами.

Ранее ученые вывели особо полезный для здоровья сорт картофеля.