Специалисты Всероссийского центра карантина растений Россельхознадзора рассказали, что все томаты — независимо от сорта — содержат природное токсичное соединение под названием томатин. Это вещество присутствует в зеленых плодах, а также в листьях и корневой системе растения. Именно благодаря ему томат способен защищаться от патогенов и различных болезней. И именно поэтому опасно употреблять в пищу недозрелые помидоры.
Томатин относится к группе органических токсинов растительного происхождения. Соединение имеет выраженный горький вкус и вырабатывается растением как естественный защитный механизм. С помощью этого вещества томаты противостоят вредоносным микроорганизмам и грибкам, которые могут нанести серьезный ущерб растениям и будущему урожаю.
Подобные метаболиты играют в природе гораздо более сложную роль, чем просто защита. Они одновременно выполняют функции питательных веществ и химических сигналов, которые способны влиять на формирование микробных сообществ в почве и на развитие самих растений. Таким образом, вокруг корневой системы томатов формируется особая микросреда, где происходят сложные биохимические процессы.
Ранее научные исследования показали, что органические токсины растений — сапонины, к которым относится томатин, — способны заметно изменять состав микробного сообщества в зоне корней томатов. В частности, было зафиксировано увеличение количества бактерий рода Sphingobium. Однако до недавнего времени оставалось неясным, каким образом эти микроорганизмы выживают рядом с токсичным соединением и способны адаптироваться к его присутствию.
Разобраться в этом вопросе удалось исследовательской группе Университета Киото. Ученые выяснили, что бактерии Sphingobium обладают целым набором ферментов, которые способны расщеплять томатин. Эти биологические катализаторы запускают процесс гидролиза вещества, постепенно разрушая его структуру.
Кроме того, исследователи обнаружили ферменты, которые способны преобразовывать стероидное соединение томатидин — продукт распада томатина — в более мелкие и уже нетоксичные молекулы. Такой механизм позволяет микроорганизмам не только нейтрализовать опасное вещество, но и использовать его в своих метаболических процессах.
Изучение подобных биохимических механизмов помогает ученым лучше понять, как почвенные микроорганизмы приспосабливаются к токсичным веществам растительного происхождения. Благодаря этим адаптациям бактерии успешно заселяют ризосферу — зону вокруг корней растений, где происходит активное взаимодействие между микробами и растением.
В ходе исследования ученые выделили несколько видов бактерий из корней томатов и окружающей почвы. Среди них был обнаружен штамм под названием RC1, который показал особенно интересные свойства. Эта бактерия способна снижать концентрацию томатина и использовать его как источник углерода для собственного роста.
Генетический анализ штамма RC1 выявил важную деталь: в присутствии томатина значительно усиливается экспрессия нескольких генов, относящихся к семейству гликогидролаз. Эти гены отвечают за синтез ферментов, которые расщепляют сложные молекулы.
Дополнительные эксперименты подтвердили способность этих ферментов разрушать томатин в лабораторных условиях. В частности, было установлено, что гены SpGH3-4, SpGH39-1, SpGH3-1 и SpGH3-3 совместно участвуют в гидролизе томатина, превращая его в томатидин — промежуточное соединение, которое затем распадается на более простые вещества.
Работа ученых на этом не заканчивается. Исследователи продолжают изучать другие сапонины, помимо томатина, а также анализируют, как гены, отвечающие за расщепление этих соединений, влияют на взаимодействие между растениями и бактериальными сообществами в ризосфере.
