Geen muudab taimed lehetäideks sobivaks

Äsja tuvastatud geneetiline materjal tugevdab taime enda kaitset

Myzus persicae koloonia Arabidopsis thaliana taimel. © MPI keemilise ökoloogia alal / Juergen Kroymann
ettelugemist

Mitte ainult kommerts- ja dekoratiivtaimedel pole lehetäidega probleeme, vaid nad ründavad ka teadusuuringutest ja sordiaretusest pärit mudela taimi, näiteks Arabidopsis thaliana. Rahvusvaheline teadlaste meeskond on nüüd geneetilise analüüsi käigus avastanud geeni, mis tugevdab taime kaitset lehetäide vastu.

Jena Max Plancki Keemilise Ökoloogia Instituudi ja Pariisi-Sudi ülikooli teadlaste poolt tuvastatud viisil põhjustab CYP81F2 keemiliselt looduslikult esinevate antikehade keemilist muutust glükosinolaatide grupist - tuntud ka kui sinepiõli glükosiidid, millel on terav terav maitse. Sinep, mädarõigas ja muud kapsataimed - ja seega mõjutab rohelise virsiku lehetäi Myzus persicae paljunemist.

120 erinevat glükosinolaatmolekuli

Sinepiõli glükosiidide keemilisest põhistruktuurist võib moodustuda enam kui 120 erinevat glükosinolaatmolekuli. Brassical taimed, kuhu kuuluvad ka ristõielised köögiviljad, näiteks Arabidopsis thaliana, omavad ensüüme, mis võivad seda molekulaarset mitmekesisust toota ja seega kaitsta kahjurite eest. Glükosinolaate on juba pikka aega tuntud kui kiskjate vastaseid toksiine.

Ja hiljuti on Max Plancki teadlased näidanud, et taimede metabolismis olevaid glükosinolaate saab muuta ka molekulideks, mis toimivad taimedes seenhaiguste vastu.

Geeni CYP81F2 avastamise, selle hilisema iseloomustamise ja laboratoorsete katsetega rohelise virsiku lehetäiga on nüüd lisatud uus lehetäide vastane toimeaine glükosinolaat. kuva

Sinepiõli glükosiid-4-metoksüindool-3-üülmetüülglükosinolaat (4MO-I3M) © MPI Keemiaökoloogia jaoks / Heiko Vogel / Juergen Kroymann

Kolmandiku võrra vähem lehetäisid

"Uuringutes metsikut tüüpi taimedega, mis kannavad puutumatut geeni ja mutante, kus CYP81F2 enam ei töötanud, leidsime, et metsikut tüüpi taimed mähisesid nädala pärast umbes kolmandiku võrra vähem täid kui metsikut tüüpi taimedel mutandid. Kuna lehetäid paljunevad peaaegu eksponentsiaalselt, võime järeldada, et CYP81F2 mõjutab lehetäide kolooniate kasvu tohutult, ütles Max Plancki seltsi doktorant Marina Pfalz. Jena Keemilise Ökoloogia Instituut, mis viib nüüd teadusuuringuid Pariisi-Orsay ülikoolis.

CYP81F2 kodeerib ensüümi - niinimetatud tsütokroom P450 monooksügenaasi -, mis algatab lehetäide aktiivse sinepglükosiidi 4-metoksüindool-3-üülmetüülglükosinolaadi (4MO-I3M) moodustumise. Teiste putukate, näiteks liblikate (Kohlwei ling) ja koide (kapsaliha) röövikute suhtes aine ei avaldanud mingit toimet. Seetõttu on ta tõenäoliselt lehetäide nakatumise suhtes üsna spetsiifiline.

L use kraanilehtede veenid

Blattl use ei torka lehti nii, nagu röövikud seda teevad. Selle asemel koputavad nad otse ja ilma taimekahjustusi kahjustamata otse leheveenidesse, mis sisaldavad glükosinolaate, mis toimivad Blattl use vastu, "ütles uuringu juht Juergen Kroymann ülikoolist Paris.

Ainult ristõielised ja sarnased taimed võivad moodustada glükosinolaate ja kaitsta end lehetäide eest 4MO-I3M kaudu. Sellised olulised kultuurid nagu igat liiki kapsad ja rapsid, mis kuuluvad Kreuzbl tlerite perekonda, suudavad seega lehetäide nakatumise piirides hoida. Teadmised geeni CYP81F2 ja toimeaine 4MO-I3M kohta tõotavad uusi arendusi ja rakendusi sordiaretuses ja taimekaitses.

Teadlaste kasutatud geneetilised analüüsid põhinesid nn kvantitatiivsete tunnuste lookuse (QTL), st geenipiirkonna Arabidopsis thaliana ühes kromosoomis, kaardistamisel, mis vastutab glükosinolaatide metabolismi muutuste eest on. Peenkaardistamise ja põhjaliku geeniekspressioonianalüüsi abil tuvastati lõpuks geen CYP81F2. Sinepiõli glükosiidi 4MO-I3M peamine substraat on aminohape trüptofaan.

(idw - Max Plancki Keemilise Ökoloogia Instituut, 30.04.2009 - DLO)