Цветы с «ароматом» гниющего мяса: генетическая мутация помогает растениям привлекать необычных опылителей

Некоторые растения идут на весьма неожиданные уловки, чтобы привлечь опылителей. Вместо привычного сладкого аромата, цветы диких имбирей из рода Asarum источают зловонный запах гниющей плоти и навоза. И всё это — ради привлечения мух и жуков, питающихся падалью.

Недавнее исследование японских ученых, опубликованное в журнале Science, выявило, как именно растения «научились» воспроизводить такие запахи. Оказалось, что за этим стоит мутация в одном-единственном гене, отвечающем за детоксикацию серосодержащих соединений. Благодаря всего трем изменениям в аминокислотах, растение получило фермент, способный вырабатывать диметилдисульфид (DMDS) — соединение с характерным запахом гнили.

Преобразование фермента: от детокса к приманке
Первоначально фермент, известный как метантиолоксидаза (MTOX), выполняет функцию нейтрализации неприятных запахов, но в ряде видов Asarum он превратился в дисульфид-синтазу (DSS) — фермент, наоборот, создающий зловонные вещества. Удивительно, что такое преобразование произошло независимо у трех разных линий растений, но всегда через одни и те же изменения в структуре белка.

Это — яркий пример конвергентной эволюции, когда разные виды независимо друг от друга приходят к одним и тем же адаптациям. В природе это часто связано с борьбой за ограниченные ресурсы и стремлением занять уникальную экологическую нишу.

Цветочные хитрости и генетические загадки
Цветковые растения (ангиоспермы) давно известны своими методами имитации запахов, чтобы привлечь специфичных опылителей. Но лишь немногие виды способны подражать запаху падали, и до недавнего времени механизмы этого явления оставались загадкой.

Учёные исследовали 53 вида Asarum и провели опыты с изотопами углерода, «кормя» цветы аминокислотой l-метионин с меткой углерода-13. Позднее было установлено, что оба выделяемых соединения — DMDS и диметилтрисульфид (DMTS) — содержат этот изотоп, что подтвердило их происхождение из метионина.

Также были выявлены три класса генов SBP (связывающих селен белков), один из которых (SBP1) кодирует фермент, превращающий метантиол в DMDS. Чем активнее экспрессировались эти гены, тем интенсивнее цветы источали «запах гнили».

Биология будущего — в зловонных цветах?
По мнению исследователей, полученные данные важны не только для ботаники и экологии, но и для биоинженерии. Способность «перепрограммировать» широко распространённый фермент с помощью нескольких аминокислотных замен может быть использована в различных отраслях — от создания новых ароматизаторов до биомаркеров загрязнений.

Исследование также проливает свет на ускоренные эволюционные процессы, происходящие в течение всего нескольких миллионов лет. Это подчёркивает, как быстро и изобретательно природа может приспосабливаться к окружающей среде, даже когда это требует превращения «вежливого цветка» в «вонючку».