Стресс-реакция, широко распространенная у животных, обнаружена и у растений

Молекула, которая прославилась своей связью с сердечными заболеваниями человека и способностью морских животных выживать в условиях высокого давления, оказывается, также продуцируется растениями, сообщают исследователи 19 мая в Science Advances. Согласно исследованию, N-оксид триметиламина (ТМАО) помогает не только животным, но и растениям справляться со стрессовыми условиями. Авторы уже передали лицензию на открытие компании, которая работает над коммерциализацией TMAO как способа повышения урожайности в сельском хозяйстве.

«Никто раньше не публиковал данные о том, что растения содержат N-оксид триметиламин в тканях», - говорит соавтор исследования Рафаэль Катала из Centro de Investigaciones Biológicas (CIB) в Мадриде. Новое исследование выросло из более ранней работы, в которой Катала и его коллеги искали гены в растении Arabidopsis thaliana, экспрессия которых была изменена под воздействием холода. Оказалось, что один ген, который они обнаружили, кодирует тип фермента под названием флавинсодержащая монооксигеназа (FMO) под названием FMOGS-OX5. В ходе дальнейшего анализа, представленного в текущем исследовании, команда обнаружила, что экспрессия нескольких других генов FMO также повышается у арабидопсиса в ответ на холод.

Известно, что FMO вырабатывают ТМАО у животных в ответ на различные стрессовые факторы. В итоге, ученые нашли связь между FMO и реакцией растения на холод, используя ядерный магнитный резонанс для поиска TMAO в арабидопсисе дикого типа. Команда также подтвердила, что FMOGS-OX5 может генерировать N-оксид триметиламина из своего предшественника, ТМА, in vitro. У животных ТМАО действует как осмолит, то есть тип молекулы, которую клетки используют для поддержания свойств своей жидкости и предотвращения неправильного свертывания белков в таких условиях, как высокие концентрации соли.
Чтобы увидеть, играет ли он аналогичную роль в растениях, Катала и его коллеги обработали корни арабидопсиса туникамицином - соединением, которое заставляет белки разворачиваться, что может происходить в условиях абиотического стресса(холод или нехватка воды). Исследователи сообщают, что туникамицин заставлял корни расти медленнее, но этот эффект был смягчен, если корни выращивались в среде с добавлением ТМАО.

Когда исследователи сконструировали арабидопсис для сверх экспрессии FMOGS-OX5, растение также увеличило экспрессию 184 других генов, многие из которых ранее были связаны с ответами на абиотические стрессоры.
Применение ТМАО к растениям дикого типа оказало аналогичное влияние на экспрессию генов, хотя не изменило уровень экспрессии FMOGS-OX5, что позволяет предположить, что N-оксид триметиламина действует ниже FMO, усиливая экспрессию генов стресс-ответа.

Чтобы выяснить, широко ли ТМАО встречается у видов растений, команда также искала его в томатах, кукурузе, ячмене и родственнике табака и обнаружила, что он присутствует во всех из них. Более того, содержание в них ТМАО повышалось, когда растения подвергались воздействию низкого содержания воды, высокой концентрации соли или низких температур. Опрыскивание или полив растений томатов раствором, содержащим ТМАО, делало их заметно более здоровыми, с большим количеством листьев, когда они подвергались каждому из трех стрессовых условий.

Пол Верслус, изучающий реакцию растений на засуху в Academia Sinica в Тайбэе(Тайвань), задается вопросом, будет ли TMAO полезным для сельского хозяйства. "Защита сворачивания белка с помощью ТМАО может иметь отношение к выживанию растений в условиях сильного стресса, но неизвестно, полезно ли это для защиты роста растений при менее сильной засухе или засолении", - пишет он в электронном письме The Scientist. "Стрессы, которым исследователи подвергали растения, были слишком суровыми, чтобы отражать сельскохозяйственные условия, и потребуются дополнительные эксперименты, чтобы определить, помогает ли ТМАО растениям справляться с более мягкими стрессовыми условиями".

Катала утверждает, что основной вывод исследования заключается в том, что ТМАО присутствует во многих растениях и играет "ключевую роль в устойчивости растений к абиотическому стрессу". В биомедицинской литературе ТМАО обычно упоминается в отрицательном контексте, а не в положительном, поскольку его высокие уровни в крови пациентов связаны с повышенным риском образования тромбов. Исследования показали, что кишечные микробы расщепляют холин(питательное вещество, большое количество которого содержится в мясе) с образованием ТМАО и родственных соединений, обеспечивая механическую связь между тяжелой мясной диетой и риском сердечного приступа и инсульта. Катала говорит, что совсем не ясно, какие последствия, если таковые имеются, может иметь обнаружение N-оксид триметиламина в растениях для питания и здоровья человека.