Biljke su razvile đavolski komplikovane metaboličke mreže. Godinama su se naučnici fokusirali na to kako biljke prave sekundarne metabolite, jedinjenja koja biljke proizvode da bi poboljšale svoje mehanizme odbrane i preživljavanja.
„Tek nedavno smo počeli da shvatamo da su geni uključeni u stvaranje tih specijalizovanih, sekundarnih metabolita regulisani“, rekao je Jing Li, vanredni profesor hortikulture i pejzažne arhitekture na Univerzitetu Purdue. „Uključuju se kada biljke treba da proizvode sekundarne metabolite. I isključuju se kada biljke više neće morati da ih prave.“
Natalia Dudareva iz Purduea, uvaženi profesor biohemije i hortikulture i pejzažne arhitekture, rekla je: „Takođe, sekundarni metaboliti su često toksični za ćelije kada se akumuliraju do visokih nivoa, kao što smo videli kada smo manipulisali otporom barijera koje isparljivi sekundarni metaboliti moraju da Međutim, ćelije osećaju akumulaciju ovih toksičnih jedinjenja i smanjuju gene odgovorne za formiranje prekursora ovih isparljivih materija.“
U specijalnom izdanju časopisa Trendovi u nauci o biljkama, Li i Dudavera ističu važnost specijalizovanih metabolita u regulisanju gena koje je biljka koristila za formiranje hemijskih jedinjenja. Dudareva režira, a Li je član Purdueovog Centra za biljnu biologiju, koji ima za cilj da pruži jasnije razumevanje procesa koji utiču na biologiju biljaka.
„Videli smo početne nagoveštaje da sami sekundarni metaboliti mogu biti signal da kažemo: ‘OK, sada moramo da uključimo i isključimo te gene’, rekao je Li. „I skoro da ne znamo ništa o tome kako biljke osete metabolite, a zatim dovode do uključivanja i isključivanja gena.“
Razvrstavanje složenosti sekundarnog metabolizma predstavlja izazove jer je proces veoma specifičan za svaku biljnu liniju. Ponekad samo određene ćelije prave sekundarne metabolite u određeno vreme za datu vrstu biljke. Biljke često proizvode metabolite u malim količinama, što ih čini teškim za otkrivanje.
Istraživači takođe treba da ispitaju kako metaboliti reaguju sa proteinima. „To vam omogućava da kažete koji protein može da oseti i veže se za ove metabolite“, rekao je Li. Regulacija gena je takođe uključena. „Morate biti u mogućnosti da testirate ekspresiju gena. A to je omogućeno kompletom alata za sekvenciranje sledeće generacije.“
Iako određena biljka pravi svoje jedinstvene metabolite, „sekvenciranje sledećeg gena u poslednjih 20 godina omogućava nam da pogledamo aktivnost genoma bilo koje biljke“, rekla je ona.
Kao i mnogi naučnici o biljkama, Li je veći deo svog istraživanja usmerila na primarni metabolizam, posebno na metabolizam azota, na koji se biljke oslanjaju za rast. Nivo specijalizacije za sekundarni metabolizam ju je iznenadio. Uprkos razlikama između primarnog i sekundarnog metabolizma, izgleda da prate slična pravila na molekularnom nivou, rekla je ona.
„Sekundarni metaboliti su važni da bi se biljka prilagodila stresnoj situaciji. Na primer, tokom suše ili napada patogena, sekundarni metaboliti pomažu u borbi protiv tog stresa“, rekao je Li. Sekundarni metabolizam je takođe važan za uspeh oprašivanja. Cveće privlači insekte, ali klimatske promene izazivaju zabrinutost oko toga da li odnos oprašivač-biljka može nastaviti da funkcioniše.
„Iz ovih razloga, uvek postoji san o mogućnosti da se uradi metabolički inženjering kako bi biljke proizvele više specijalizovanih metabolita koji su dobri za preživljavanje biljaka, bolju otpornost na stresno stanje, da bi napravili lekove ili privukli bolje oprašivače“, kaže Li.
Istraživači treba da bolje razumeju kako proizvodnja previše metabolita može poremetiti regulaciju gena. Ali ako se proces može poremetiti na pravom mestu, „onda možemo bezbedno da proizvedemo mnogo metabolita jer to ne pokreće regulaciju povratnih informacija“, rekao je Li.
