В обжигающем борщевике нашли вдвое больше генов, чем в других растениях

Впервые в истории учёные изучили геном борщевика Сосновского (Heracleum sosnowskyi). Для средних широт России это инвазивный вид, то есть пришлое растение-захватчик. Сок борщевика Сосновского ядовит и вызывает серьёзные ожоги. Исследователи выявили, что в опасном зонтичном сорняке почти в два раза больше генов, чем у большинства прочих растений. Исследование о полезном открытии опубликовали в «Журнале растений» (The Plant Journal).


Борщевик Сосновского — родом с Северного Кавказа, но после Великой Отечественной войны советские учёные стали засматриваться на его ценность для скота. До поры до времени эту персептивную кормовую культуру нарочно высаживали даже на северо-западе Европейской части России. С годами «прелести» зонтичного великана — он может достигать в высоту 5 метров — переоценили, поскольку он несёт угрозы исконным экологическим системам и здоровью людей.

Понимание пришло поздно: завезённый с Кавказа борщевик кинулся расти во все стороны необъятной страны, быстро заполонив поля и луга, попутно вытесняя остальные виды растений и тем самым сокращая биологическое разнообразие. В соке борщевика Сосновского — ядовитые соединения, после которых кожа и слизистые чрезвычайно страдают от солнечного света.

Кому, как не российским учёным было взяться за него всерьёз? Исследователи из «Сколтеха» с коллегами из Института проблем передачи информации им. А. А. Харкевича Российской академии наук (РАН) изучили полный геном борщевика Сосновского и разложили его «по полочкам» до уровня хромосом.

С помощью оборудования, известного как секвенатор ДНК, биологи с удивлением открыли, что некоторых (но не всех вообще) генов необычайно много: 55 тысяч в отличие от 25–35 тыс., как у множества других растений. После перепроверки данных и гипотез они пришли к наиболее достоверному объяснению «внутреннего богатства» кавказского гераклеума: такое генетическое изобилие — результат многочисленных дупликаций генов, то есть их удвоений, копирований.

Участница проекта доцент Мария Логачёва пояснила, что наблюдаемое — довольно необычно, потому что растениям вообще свойственны дупликации в масштабе всего их генома, а не в некоторых частях. Резкое удвоение ряда генов у борщевика Сосновского случилось как итог формирования в нём псоралена и производных, то есть природного соединения класса кумаринов, из-за которого Heracleum sosnowskyi и становится таким опасным для людей, вызывая ожоги при солнечном свете (фотоожоги).

Биологи тщательно проанализировали гены, из-за которых возможен синтез токсинов, приводящих к фотоожогам. В ходе экспериментов удалось вычислить ген, который и превращает состоящее из углерода, водорода и кислорода вещество мармезин в коварный псорален.

Интерес к борщевику Сосновского — не только академический. То, что может нанести ущерб здоровью дачника или грибника, хотят использовать для исцеления пациентов. Результаты исследования открывают двери для практического применения, поскольку биологически активные молекулы из ядовитого гераклеума могут послужить для создания новых лекарств от кожных проблем. Кроме того, чем больше будет известно о рослом зонтичном захватчике полей и огородов, тем проще будет проконтролировать его распространение.

Кроме борьбы с инвазивным видом, который разгулялся по всей Российской Федерации, от Калининграда до Дальнего Востока, учёные могли бы помочь соседним странам. Мария Логачёва пояснила, что геномный проект перспективен для изучения родственного вида с аналогичной токсичностью — борщевика Мантегацци, который вырвался из питомников с декоративными растениями и пошёл плодиться с дикой скоростью по Западной Европе.