ГМ-томаты научились накапливать провитамин D3

Модификация генома томата, которая заблокировала экспрессию 7-дегидрохолестеринредуктазы, привела к накоплению в них провитамина D — 7-дегидрохолестерина. После облучения мутантных плодов ультрафиолетом содержание витамина D3  в одном спелом красном томате достигло 20 процентов от суточной потребности человека. Исследование опубликовано в журнале Nature Plants.

У многих витаминов есть биохимические предшественники — провитамины. Чтобы стать полноценными, провитамины проходят через ряд биохимических реакций. Так, предшественник витамина D3 — 7-дегидрохолестерин — при воздействии ультрафиолета превращается в коже в полноценный витамин D3. Однако продуктов такого синтеза обычно не хватает, чтобы покрыть потребности организма в витамине, поэтому основным источником как провитамина, так и витамина D считается полноценное питание.

На данный момент в мире насчитывается около миллиарда человек, у которых наблюдается недостаточность витамина D, и, как считают эксперты, в будущем это число будет только увеличиваться из-за ограниченного доступа к продуктам питания. Известно, что растения не считаются богатым источником витамина D3 (в отличие от рыбы или мяса), а грибы и дрожжи способны синтезировать лишь витамин D2, который обладает меньшей биоактивностью по сравнению с витамином D3.

Известно, что 7-дегидрохолестерин содержится в листьях томатов, но он не накапливается в них. Он служит промежуточным звеном в образовании стероидных гликоалкалоидов: томатинов в зеленых плодах и эскулеозидов в спелых плодах. Однако тот факт, что для образования этих гликоалкалоидов существует дублирующий путь, в котором принимают участие фитостерол и брассиностероиды, позволяет выдвинуть гипотезу о том, что возможно переключить синтез гликоалкалоидов с метаболизма 7-дегидрохолестерин (тем самым увеличив его накопление) на резервные биохимические пути.

Кэти Мартин (Cathie Martin) из Исследовательского парка Нориджа с коллегами предположила, что если заблокировать фермент 7-дегидрохолестеринредуктазу, который отвечает за превращение 7-дегидрохолестерина в альфа-томатин, то 7-дегидрохолестерин будет накапливаться в листьях и плодах томата. При этом биосинтез фитостерола и брассиностероидов страдать от этого не будет.

С помощью технологии CRISPR-Cas9 ученые отключили ген, который отвечает за экспрессию 7-дегидрохолестеринредуктазы. Снижение активности фермента не отразилось на росте, развитии и урожайности томатов. Также оно не повлияло на метаболизм фитостерола, что подтвердилось одинаковыми уровнями стигмастерола (конечного продукта фитостерольного пути в томате) в листьях генетически не измененного (дикого типа) томата и отредактированных линий.

У растений дикого типа ученые находили 7-дегидрохолестерин только в незрелых зеленых плодах. Снижение активности 7-дегидрохолестеринредуктазы приводило к существенному увеличению уровней 7-дегидрохолестерина как в зеленых плодах, так и в листьях. В зрелых плодах мутантов уровень 7-дегидрохолестерина был ниже, чем в зеленых, однако при действии ультрафиолетового света образовывалось количество витамина D3 эквивалентное количеству витамина в двух куриных яйцах среднего размера или 28 граммах тунца.

На снимке, сделанном с помощью матрично-активированной лазерной десорбции/ионизации (MALDI), видно, что в мутантных томатах 7-дегидрохолестерин распределялся как в мякоти, так и в кожуре. Также MALDI-визуализация показала, что уровень альфа-томатина в мутантных зеленых плодах ниже, чем в зеленых плодах растений дикого типа. Такая же ситуация сложилась и с листьями мутантных линий. Кроме того, снижение уровней гликоалкалоидов произошло и в зрелых плодах мутантных растений. Впрочем, снижение содержания альфа-томатина можно считать полезным из-за его токсической активности.

Уровни холестерина в мутантных плодах и листьях были выше, чем в контроле. Ученые предполагают, что блок биосинтеза гликоалкалоидов компенсируется ферментами фитостерольного пути, которые поддерживают выработку холестерина. Это не приводит к значительным компенсаторным изменениям в экспрессии генов, кодирующих ферменты обоих путей, что подтверждается количественной ПЦР с обратной транскрипцией.

Чтобы узнать, насколько хорошо 7-дегидрохолестерин может превращаться в витамин D3, ученые в течение часа облучали мутантные плоды ультрафиолетом. Больше всего витамина образовалось в листьях: на один грамм сухой массы приходилось 200 микрограмм витамина. В зеленых плодах концентрация витамина достигла 0,3 микрограмма на один грамм сухой массы и 0,2 микрограмма на один грамм сухой массы досталось зрелым красным плодам.

Если считать, что сухая масса помидора среднего размера равна примерно 8-10 граммам, то при тех уровнях витамина D3, которые образовались в мутантных томатах, один зеленый помидор покрывает 30 процентов суточной нормы витамина, а красный — 20 процентов. Возможно, что концентрацию витамина в спелых фруктах можно увеличить при дополнительном воздействии ультрафиолетового излучения, например, во время сушки на солнце.

Таким образом, ученые считают, что введение таких генномодифицированных томатов в широкое потребление поможет справиться с глобальной проблемой недостаточности витамина D. Кроме того, высокое содержание витамина в листьях мутантных особей делает их потенциальным новым сырьем для производства добавок с витамином D.

Витамин D действительно важный биохимический агент, который участвует в необозримо большом количестве процессов в нашем организме. Однако порой ему пытаются приписать «подвиги», которые на поверку оказываются не заслуженными. Недавно мы рассказывали, что снижение риска инфекции дыхательных путей при ежедневном приеме витамина оказалось не таким и большим, а при депрессии он и вовсе оказался не эффективнее плацебо.

Слава Гоменюк

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
«Вымершая» австралийская орхидея 22 года скрывалась под другим именем

Австралийская орхидея Prasophyllum morganii считалась вымершей почти 90 лет назад, однако ботаникам удалось доказать, что это не так. Сравнив засушенные образцы P. morganii с экземплярами похожей орхидеи P. retroflexum, которая была описана в 2000 году, исследователи не обнаружили между ними существенных различий и пришли к выводу, что их следует относить к одному виду. Таким образом, P. morganii вовсе не вымерла — просто последние 22 года она была известна под другим именем. Результаты исследования опубликованы в статье для журнала Phytotaxa.