Расшифрованный геном мака позволил установить, каким образом растение приобрело способность синтезировать морфин.
Сильнодействующие алкалоиды снотворного мака — морфин, кодеин, папаверин и другие — делают его довольно опасной пищей для вредителей. Человек же тысячи лет прибегает к его наркотическим свойствам. Сегодня морфин, его производные и аналоги широко используются в медицине как сильнейшие обезболивающие средства. Недавно группе ученых из Великобритании, Австралии и Китая удалось секвенировать полный геном мака, а заодно показать, как именно растение получило гены, необходимые для синтеза морфина и других алкалоидов.
В статье, опубликованной в журнале Science, Йен Грэм (Ian Graham) из Университета Йорка и его соавторы сообщают, что геном Papaver somniferum составляет 2,72 миллиарда оснований — всего на 400 миллионов меньше, чем у человека — и разделен между 11 парами хромосом. Значительную его часть (почти 71 процент) составляют длинные повторы, что сделало работу по анализу ДНК технически довольно непростой. Однако теперь геном мака расшифрован — и, похоже, он дважды переживал полную дупликацию.
Первое удвоение произошло около 110 миллионов лет назад, еще до отделения современного семейства маковых от лютиковых. Второе случилось около 7,8 миллиона лет назад, когда мак уже имел некоторые гены, участвующие в метаболическом пути синтеза алкалоидов. Дупликация позволила одной из получившихся копий генов выполнять свои обычные функции, а второй — относительно свободно меняться, приобретая новые способности. Сегодня в ДНК мака выделяется группа из 15 генов, которые синтезируют ферменты, необходимые на разных этапах синтеза изохинолиновых алкалоидов и их предшественников.
Ключевым из них, участвующим в самом первом шаге синтеза, оказался ген STORR, который образовался из слившихся вместе фрагментов генов оксидоредуктазы и цитохрома P450. Это произошло десятки миллионов лет назад, между древним и сравнительно недавним событиями дупликации, — и мак получил способность производить алкалоиды. Ну а ферменты, участвующие в более поздних этапах синтеза морфина, появились позже — уже после дупликации 7,8 миллиона лет назад.
