Чувственный аромат лаванды ни с чем не спутать: с незапамятных времён она манила человека своими красочными соцветиями и нежным запахом. На протяжении тысяч лет люди используют лаванду для изготовления благовоний и эфирных масел, но лишь недавно учёные смогли разгадать, что же делает это растение таким особенным.
Чтобы узнать, какие «волшебные» вещества придают лаванде её узнаваемый аромат, китайские исследователи произвели самое детальное секвенирование генома растения в истории. Для анализа учёные выбрали сорт лаванды, известный как Lavandula angustifolia – лаванда узколистная или настоящая. Прежде всего их интересовала взаимосвязь эволюции вида с разнообразием летучих терпеноидов и их функциями. Терпеноиды играют важную роль в биологии ароматных растений, среди которых значится и лаванда. Известно, что в природе эти кислородосодержащие органические соединения демонстрируют функцию привлечения насекомых-опылителей. Их практическое применение в быту обусловлено умеренными седативными и антисептическими свойствами. Учитывая потенциальную пользу терпеноидов как для самих растений, так и для людей, учёные посчитали необходимым установить предпосылки их биосинтеза на генетическом уровне лаванды, чтобы использовать эту информацию для улучшения характеристик растения.
Анализируя геном лаванды с применением методов филогенетики, исследователи идентифицировали несколько генетических «событий» – значимых мутаций, которые спровоцировали расширение разнообразия генов, отвечающих за синтез терпеноидов. Учёные сформировали генно-терпеноидную систему, которая охватывает 894,5 Мбайт генетической информации, распределённой по 27 хромосомам. Данная система отражает, как изменения в среде произрастания лаванды привели к диверсификации терпеноидов. В частности, исследователи пришли к выводу, что попытки растения адаптироваться к изменяющемуся климату Средиземноморья повлекли за собой две полные дупликации генома.
По словам одного из авторов исследования доктора Лей Ши, удвоение генома является эффективным инструментом эволюции. Вследствие подобных генетических событий растение получает возможность изменить часть повторяющихся генов для выполнения новых функций. К примеру, анализ генома лаванды показал, что дупликация генома позволила растению обзавестись новыми механизмами противостояния травоядным животным, бактериям и вирусам. Кроме того, в некоторых областях генома учёные также идентифицировали гены, кодирующие производство терпеноидов, необходимых для привлечения опылителей. Таким образом, знакомый всем аромат лаванды является отражением защитных и привлекающих механизмов растения.
Доктор Ши уверен, что работа его команды может получить практическое применение. В частности, на протяжении многих лет учёные наблюдают деградацию культивируемых видов растений, а детальное изучение генетически обусловленных адаптивных механизмов может стать ключом к выведению более совершенных сортов растений. Углублённое понимание генома лаванды поможет учёным искусственно расширить её биологическое разнообразие, чтобы сделать растение более стойким к вредителям или климатическим изменениям. Кроме того, более чёткое представление о связи генов и терпеноидов позволит вывести растения с улучшенными ароматическими и декоративными характеристиками.