Растения производят невероятное разнообразие химических веществ. Большинство из них нужны для общения — защиты от вредителей, борьбы с болезнями и привлечения полезных существ. Например, индол — азотистое ароматическое соединение, которое участвует в синтезе аминокислоты триптофана.

Но у многих растений он также служит основой для защитных веществ. Когда растение атакуют травоядные, оно может выделять летучий индол, чтобы отпугнуть их или предупредить соседей. А еще индол входит в состав цветочных ароматов, приманивающих опылителей.

Матильда Флореан и Тобиас Кёлльнер из Института химической экологии Макса Планка изучают ферменты, участвующие в синтезе бензоксазиноидов — защитных соединений, для которых индол служит строительным блоком.

У некоторых растений, таких как кукуруза и живокость, эти ферменты работают активно. Но у большинства цветковых — так называемых настоящих двудольных — они почти неактивны.

Результаты исследования опубликованы в издании Nature Chemical Biology.

Мы предположили, что у них должен быть другой, более эффективный способ производства индола, — объясняет Матильда Флореан.

Команда проверила множество ферментов, используя в качестве модели растение Nicotiana benthamiana, и обнаружила неожиданное: индол синтезируется с помощью псевдофермента TSB-like.

Псевдоферменты похожи на обычные ферменты, но не могут катализировать реакции. Они могут влиять на работу других молекул, например, перенаправлять химические процессы.

Если фермент неактивен, это не значит, что он бесполезен! — говорит Матильда.

TSB-like структурно напоминает фермент TSB, который участвует в синтезе триптофана. Обычно TSB связывается с ферментом TSA, и в результате образуется индол, который тут же превращается в триптофан.

Но когда TSB-like связывается с TSA, индол не превращается дальше — он высвобождается и может использоваться для защиты или привлечения опылителей.

Мы привыкли искать активные ферменты, а тут оказалось, что ключевую роль играет «молекула-обманка», которая перенаправляет работу настоящего фермента, — говорит Тобиас Кёлльнер.

Псевдоферменты сложно обнаружить, потому что без нужного партнера они не проявляют активности. Но они не редкость — могут составлять до 10% всех белков. Ученые пока мало знают об их роли. Следующий шаг — выяснить, как растения регулируют работу TSB-like, чтобы он не мешал синтезу триптофана.

Понимание этого механизма у настоящих двудольных — важных сельскохозяйственных культур — может помочь вывести растения, устойчивые к вредителям и более привлекательные для опылителей, — добавляет Сара О’Коннор, руководитель исследования.

Открытие роли псевдофермента TSB-like может привести к практическим применениям:

• Устойчивость к вредителям — можно усилить выработку индола, чтобы растения лучше защищались.
• Привлечение опылителей — модификация цветочных ароматов повысит урожайность.
• Снижение пестицидов — если растения сами станут менее уязвимы, химикатов потребуется меньше.
• Биоинженерия — понимание альтернативных путей синтеза полезных веществ упростит создание ГМ-культур.

Исследование проводилось на Nicotiana benthamiana — модельном растении, чей метаболизм может отличаться от других видов. Неясно, насколько универсален механизм с TSB-like. Кроме того, пока не изучено, как псевдофермент влияет на общий баланс триптофана — его избыток или недостаток может нарушить рост растения.

Ранее ученые нашли природный способ защиты растений от вредителей.