Вчені розкрили таємницю, чому трупна квітка пахне гнилою плоттю

Дартмутські вчені дослідили гени — і виявили нову хімічну сполуку, яка відповідає за різкий запах titus arum.. Незвичайний запах титанового аруму, який зазвичай називають квіткою-трупом, оскільки його запах нагадує гнилу плоть, приваблює натовпи допитливих відвідувачів оранжерей по всьому світу під час його рідкісного цвітіння. Що також інтригує вчених, так це схильність трупної квітки до зігрівання перед цвітінням через процес, відомий як термогенез, незвичайна риса рослин, яка не дуже добре вивчена.

Тепер дослідження під керівництвом Дартмута зазирає під капот трупної квітки, щоб розкрити фундаментальні генетичні шляхи і біологічні механізми, які керують виробництвом тепла і пахучих хімічних речовин під час цвітіння рослини. У статті, опублікованій 4 листопада в журналі PNAS Nexus, вчені на чолі з професором біологічних наук Г. Еріком Шаллером (G. Eric Schaller) також визначили новий компонент запаху трупної квітки — органічну хімічну речовину під назвою путресцин (putrescine).

Шаллер та його колеги скористалися кількома цвітіннями Морфі, 21-річної дартмутської квітки-трупа, що зберігається в Оранжереї наук про життя, щоб зібрати зразки тканин для генетичного та хімічного аналізу.

Титановий арум — це не одна квітка, а група маленьких квіток, схованих у гігантському центральному стеблі, яке називається спадікс, що може виростати до 12 футів заввишки і є найяскравішою візуальною особливістю рослини. Рослина може роками не цвісти — зазвичай інтервал між цвітінням становить 5-7 років — але коли це трапляється, вона зацвітає за одну ніч. «Цвітіння рідкісне і нетривале, тому у нас є лише невелике вікно для вивчення цих явищ», — каже Шаллер.

Схожий на оборки пелюстковий шар біля основи лопатки, який називається лопаткою, розгортається, утворюючи чашку навколо центральної ніжки, насичено-червону або темно-бордову всередині. Спадикс починає нагріватися, піднімаючись на цілих 20 градусів за Фаренгейтом вище температури навколишнього середовища, після чого незабаром з’являється характерний запах рослини, який походить від коктейлю смердючих сполук на основі сірки, які приваблюють мух і жуків-падальщиків, які допомагають розмножити рослину.

Генетичний аналіз і висновки

Коли Морфі розцвів у 2016 році, дослідники зібрали дев’ять зразків тканини протягом трьох ночей, починаючи з моменту, коли температура спадикса досягла піку — від губи та основи лопати, а також високого шипа спадикса, відомого як апендикс. Пізніше вони додали два додаткові зразки листя до своєї колекції.

Алвіна Зульфікар, дослідниця обміну, яка на той час працювала в лабораторії Шаллера, з’ясувала, як витягти високоякісну РНК із тканини, що дозволило команді провести аналіз послідовності РНК і визначити роль генів у нагріванні рослини та спричиненні запах.

«Це допомагає нам побачити, які гени експресуються, і побачити, які з них особливо активні, коли апендикс нагрівається і видає запах», — каже Шаллер, молекулярний біолог, який вивчає, як гормони рослин регулюють їхню здатність рости та реагувати на зміни в організмі. їхнє середовище. Він також підробляє як автор короткометражної прози, особливо фантастики жахів: «Квітка трупа добре вписується в обидва ці світи», – каже він.

Термогенез, або здатність виробляти тепло, поширений серед тварин, але рідкісний серед рослин. У тваринних клітинах клас білків, які називаються білками-роз’єднувачами, перериває процес накопичення хімічної енергії, вивільняючи її у вигляді тепла, каже Шаллер.

Аналіз РНК показав, що гени, пов’язані з рослинними аналогами цих білків, відомими як альтернативні оксидази, показали вищу експресію в тканинах, вилучених на початку цвітіння, особливо в апендиксі. Також активними в цей час були гени, що беруть участь у транспорті та метаболізмі сірки.

Роль амінокислот у запаху трупної квітки

Щоб відстежити механізми, які запускають ці гени, команда виділила тканини рослини під час наступного цвітіння і, працюючи з колегами з Університету Міссурі, застосувала метод мас-спектрометрії для ідентифікації та вимірювання рівнів різних амінокислот — молекул, з яких складаються білки — в них.

Як і передбачалося на основі аналізу РНК, вони виявили високий рівень сірковмісної амінокислоти під назвою метіонін — попередника сірковмісних сполук, які, як відомо, легко випаровуються при нагріванні, утворюючи різкий запах. Рівень метіоніну швидко знизився в тканинах, вилучених через кілька годин.

Несподіванкою, за словами Шаллера, стало виявлення підвищеного рівня іншої амінокислоти в тканинах, взятих зі шпаківні, яка слугує попередником для виробництва сполуки путресцину — запаху, що міститься в мертвих тваринах, коли вони починають гнити.

Це дослідження вперше розгадало секрети смороду трупної квітки на молекулярному рівні, визначило процеси, за допомогою яких титановий арум регулює температуру, і виявило ролі, які відіграють різні частини квітучого скупчення у створенні одеколону падла, що приваблює запилювачів.

Морфі приховує ще багато загадок, каже Шаллер, який зараз зосереджений на розумінні тригерів, що пророкують цвітіння, а також на тому, чи можуть екземпляри, розміщені разом, синхронізувати цвітіння, щоб колективно підвищити рівень запаху для залучення ще більшої кількості запилювачів.