Замечательное разнообразие вторичных метаболитов растений, таких как стероидные сапонины, зачастую управляется сложной сетью регуляторных элементов. У спаржи лекарственной (Asparagus officinalis) производство этих ценных соединений обусловлено не только ферментативной активностью, но и строго контролируется изощрённым генетическим аппаратом, где центральное место занимают транскрипционные факторы (TF). В статье рассматривается критически важная роль TF в регуляции биосинтеза стероидных сапонинов, что позволяет лучше понять, как растения координируют эти запутанные пути.

Транскрипционные факторы — это белки, способные связываться со специфическими последовательностями ДНК, тем самым контролируя скорость транскрипции генетической информации из ДНК в матричную РНК. В контексте синтеза стероидных сапонинов у спаржи TF выступают мастер-регуляторами, согласующими экспрессию генов, задействованных как в восходящем пути синтеза холестерина (USSP), так и в нисходящем пути модификации сапонинов (DSSP). Исследователи выявили значительное количество семейств TF, включая цинковые пальцы (ZFs), MYB, WRKY и TALE, корреляции которых с экспрессией генов биосинтеза сапонинов были подтверждены. Понимание этих регуляторных сетей стероидных сапонинов в растениях — ключ к раскрытию их полного потенциала.

Анализ показал, что многие TF коэкспрессируются с генами, дифференциально регулируемыми в ответ на специфику органа или изменения окружающей среды. Это указывает на важную роль TF в тонкой настройке продукции сапонинов в соответствии с потребностями растения. Например, установлена корреляция определённых MYB-TF с экспрессией ключевых генов DSSP, таких как стероид C22-оксидаза-16-гидроксилаза (S22O-16H), что свидетельствует о прямом регуляторном контакте. Подобным образом C2H2-тип цинковых пальцевых TF связан с регуляцией гидроксилаз и гликозилтрансфераз, необходимых для модификации стероидного скелета и присоединения сахарных остатков. Детальное картирование взаимодействий «ген–TF» предоставляет бесценную информацию для понимания влияния экологического стресса на накопление сапонинов, поскольку многие TF реагируют именно на такие раздражители.

Кроме того, анализ цис-элементов в промоторах этих генов показал наличие сайтов связывания для TF, отвечающих на сигнальные пути, связанные с абсцизовой кислотой (ABA), жасмоновой кислотой (JA), салициловой кислотой (SA) и гиббереллином (GA). Это говорит о том, что биосинтез сапонинов интегрирован в более широкие сети реакции растения на стресс и сигналов. Результаты также способствуют пониманию биосинтеза холестерина в растениях, демонстрируя, как его последующая модификация в сапонины регулируется на транскрипционном уровне.

По сути, транскрипционные факторы являются дирижёрами симфонии стероидных сапонинов у спаржи. Идентификация этих ключевых регуляторов позволяет учёным в перспективе модулировать продукцию сапонинов с помощью генных или селекционных стратегий. Это углублённое понимание механизмов регуляции не только продвигает наши знания в области растительной биохимии, но и поддерживает разработку культур с высоким содержанием сапонинов для их дальнейшего использования как ценных фармацевтических промежуточных продуктов. Для всех, кому важны ключевые гены синтеза стероидных сапонинов, понимание роли TF является неотъемлемым.