Biljke kukuruza formiraju posebna jedinjenja dobijena od indola, takozvane benzoksazinoide. Smatraju se ekološki važnim jer deluju protiv širokog spektra biljojeda i smanjuju njihovu ishranu. Benzoksazinoidi takođe pokazuju antimikrobna svojstva i smatra se da su uključeni u posredovanje interakcija biljka-biljka.
Njihova biosinteza u kukuruzu poznata je od 1990-ih. U međuvremenu, njihov biosintetički put je opisan u nekoliko trava, ali benzoksazinoidi su takođe pronađeni u drugim biljnim vrstama. Njihova distribucija je neobična: dok se specijalizovani metaboliti često javljaju u specifičnim biljnim vrstama srodnim evolucijom, benzoksazinoidi pokazuju suprotno ponašanje i javljaju se sporadično u mnogim udaljenim biljnim porodicama.
Nekoliko pokušaja da se razjasni ovaj metabolički put ne samo kod kukuruza već i kod udaljenih vrsta nije bilo uspešno. Shodno tome, istraživački cilj grupe Tobiasa Kelnera u Odeljenju za biosintezu prirodnih proizvoda na Institutu Maks Plank za hemijsku ekologiju bio je jasan: „Želeli smo da saznamo da li je sposobnost formiranja benzoksazinoida evoluirala nezavisno kod različitih vrsta.
Tim je koristio dve udaljene biljne vrste eudikota koje proizvode benzoksazinoide za studije: zlatnu mrtvu koprivu Lamium galebodolon, koja se nalazi u retkim šumama i rubovima šuma na zemljištima bogatim hranljivim materijama u Evropi, i zebru biljku Aphelandra skuarrosa, popularnu sobna biljka. Svoje nalaze objavili su u Proceedings of the National Academi of Sciences .
Za obe vrste, istraživači su kreirali skupove podataka jedinjenja i gena izraženih u različitim tkivima i uporedili ih sa blisko srodnim vrstama koje ne proizvode benzoksazinoide. „Ovaj pristup nam je omogućio da identifikujemo gene kandidate koji mogu biti uključeni u formiranje ovih jedinjenja. Dalje smo okarakterisali gene kandidate tako što smo ih eksprimirali u duvanu kako bismo otkrili da li su zaista uključeni u proizvodnju benzoksazinoida“, kaže Matilde Florean, prvi autor studije.
Istraživači su uspeli da pokažu da je metabolički put benzoksazinoida evoluirao nezavisno kod kukuruza i dve vrste koje se istražuju. Tobias Kollner nastavlja: „Otkrili smo da, za razliku od kukuruza, gde određeni broj blisko povezanih enzima citohroma P450 izvršava specifične korake metaboličkog puta, regrutovane su različite klase enzima, kao i nepovezane porodice enzima citohroma P450.
Posebno je bilo potpuno neočekivano otkriće da zlatna mrtva kopriva i biljka zebra koriste monooksigenazu sa dvostrukom funkcijom koja sadrži flavin, a ne dva različita enzima citokroma P450 kao u travama. Sve u svemu, istraživački tim je bio iznenađen kada je otkrio takvu raznolikost enzima koji izvode iste reakcije.
„Ovim radom smo pokazali koliko fleksibilan metabolizam biljaka može biti. Pokazali smo da biljke mogu nezavisno da izmisle veoma različite strategije za stvaranje istih hemijskih jedinjenja, a to se dogodilo najmanje tri puta u evolucionoj istoriji benzoksazinoida“, Sara O’Connor, direktor Odeljenja za biosintezu prirodnih proizvoda, kaže.
U budućnosti, tim se nada da će razjasniti biosintezu ovih jedinjenja u još više biljnih porodica.
