Растения воюют друг с другом молекулярно-генетическим оружием

Но многие наверняка бы удивились, если бы им сказали, что и растения могут защищать то место, где они растут, от нежелательных соседей. Биологам же это давно известно: деревья, травы и кусты, конечно, не дерутся ветвями и не бегают по участку, однако у них есть химические способы воздействия на конкурентов – разнообразные вещества, которые вредят нежданному гостю.

Свойство одних организмов выделять химические соединения, которые тормозят или подавляют развитие других, называют аллелопатией. Хотя она известна не только у растений, но и у микроорганизмов, у грибов, у животных, механизм её во многих случаях остаётся загадочной. Сейчас уже известны много различных молекул, которые растения выделяют в почву через корни; здесь они разрушаются или видоизменяются бактериями, продукты бактериальной химической работы всасываются корневой системой конкурента, после чего у того, к примеру, останавливается рост.

Исследователи из Тюбингенского университета и Института биологии развития Общества Макса Планка решили выяснить, как действуют циклические гидроксамовые кислоты, выделяемые некоторыми видами трав – продукты деградации этих кислот известны своей фитотоксичностью. Оказалось, что они подавляют работу гистоновых деацетилаз, специальных ферментов, которые управляют активностью множества разных генов. Известно, что ДНК в клеточном ядре находится в комплексе с упаковочными белками – гистонами, и активность того или иного участка ДНК, активность записанных в нём генов будет зависеть от того, насколько плотно он связан с гистонами (если упаковка слабая, то с ДНК смогут работать молекулярные машины, занимающиеся синтезом матричной РНК для белкового синтеза). Плотность ДНК-гистоновой упаковки зависит от модификаций самих гистонов, и здесь становится понятно, как другие ферменты, ацетилазы и деацетилазы, влияют на работу генов: присоединяя ацетильную группу к гистонам, ацетилазы делают упаковку ДНК более рыхлой – гены активируются; деацетилазы, напротив, делают упаковку более плотной – и гены отключаются.

Теперь вспомним про циклические гидроксамовые кислоты, точнее, про продукты их превращения в почве. Попав в клетки чужого растения, они подавляют работу деацетилаз – соответственно, активность генов резко возрастает. Именно поэтому, как пишут авторы работы в статье в The Plant Cell, у конкурента начинаются проблемы с ростом. Происходит так, очевидно, потому, что гены активируются без разбора, баланс между ними нарушается, и из-за беспорядка на генетической «кухне» растению становится плохо. Правда, остаётся вопрос, почему растения-хозяева не страдают от собственного химического (или лучше сказать, молекулярно-биологического) оружия.

Пока что это первый случай, когда удалось достаточно полно раскрыть молекулярный механизм растительной аллелопатии, хотя, надо думать, прогресс здесь не заставит себя долго ждать: во-первых, на основе таких веществ можно создать более-менее избирательные гербициды, останавливающие рост сорняков и вредных инвазивных видов, а во-вторых, им можно было бы найти применение в медицине – воздействуя на структуру ДНК-белковых комплексов, подобные молекулы могли бы подавлять рост опухолей. И это не такая уж фантазия – с одной стороны, гистоновые деацетилазы и так уже используются в качестве противораковых препаратов, а с другой стороны, по словам самих исследователей, в их экспериментах производные гидроксамовых кислот действительно подавляли рост человеческих раковых клеток.