Растения кукурузы, которые поливали метаболитом итаконатом, выросли выше (справа), чем те, которые не поливали (слева). Фото: Лаборатория Дикинсона, Калифорнийский университет в Сан-Диего
В животном мире природная молекула, известная как итаконат, играет важную роль в иммунной системе как защитное средство от вирусов и воспалений. Итаконат классифицируется как метаболит — природное соединение, которое образуется, когда организмы преобразуют пищу в энергию.
Хотя итаконат хорошо известен у животных, его присутствие и функции в растениях практически не изучены. Биологи из Калифорнийского университета в Сан-Диего впервые провели комплексное исследование функций итаконата в растениях. Исследователи из Школы биологических наук, работая с коллегами из Стэнфордского университета, Пекинского университета, Института науки Карнеги и Национального автономного университета Мексики, использовали химические методы визуализации и измерения, чтобы не только доказать наличие итаконата в растениях, но и выявить его важную роль в стимулировании роста растений.
"Мы обнаружили, что итаконат вырабатывается в растениях, особенно в растущих клетках", - сказал старший автор исследования Джаз Дикинсон, доцент кафедры клеточной биологии и биологии развития. "Полив растений кукурузы итаконатом позволил рассаде вырасти выше, что было захватывающим и побудило нас продолжить изучение этого метаболита и понять, как он взаимодействует с растительными белками".
Результаты исследования были опубликованы 6 июня 2025 года в журнале Science Advances.
Лаборатория Дикинсона занимается изучением развития растений, в том числе исследованием процессов, связанных с корневой системой.
Используя масс-спектрометрию, метод визуализации, который позволяет определить химический состав объектов путём идентификации отдельных молекул и соединений, исследователи подтвердили, что растения вырабатывают итаконат. Работая с биохимиками, специализирующимися на итаконате, они описали, как итаконат взаимодействует с растительными белками в арабидопсисе, представителе семейства капустных.
Дальнейшее изучение этой динамики показало, что итаконат играет несколько ключевых ролей в физиологии растений. Он участвует в нескольких важнейших процессах, таких как первичный метаболизм и реакция на стресс, связанный с кислородом.
Оптимизация естественных преимуществ итаконата — вместо использования химических веществ синтетического происхождения — может иметь решающее значение для безопасного увеличения урожайности сельскохозяйственных культур в целях поддержки растущего населения планеты.
«Это открытие может привести к созданию вдохновлённых природой решений для улучшения роста сельскохозяйственных культур, таких как кукуруза, — сказал Дикинсон. — Мы также надеемся, что более глубокое понимание связей между биологией растений и животных откроет новые возможности, которые помогут как растениям, так и людям».
Поскольку люди также вырабатывают и используют итаконат, новое исследование может дать свежую информацию о роли этой молекулы в развитии и росте человека.