Glukosinolaatit – kasvien kemiallinen asevarasto

Sitä mukaa kun monet synteettiset kasvinsuojeluaineet on todettu haitallisiksi ihmisille tai ympäristölle, katseet ovat kääntyneet etsimään vaihtoehtoisia suojeluaineita kasvien omista asevarastoista. Kasveilla on monipuolinen arsenaali erilaisia yhdisteitä, joilla ne puolustautuvat tunkeilijoita vastaan. Ristikukkaiskasvit (Brassicaceae) tuottavat puolustuksekseen glukosinolaateiksi kutsuttuja yhdisteitä. Monet hyötykasvimme, kuten rypsi, kaalit ja sinappi, kuuluvat glukosinolaatteja tuottaviin kasveihin. Juuri glukosinolaatit sekä niiden hajoamistuotteet antava ruusukaaleille ja piparjuurelle niiden tyypillisen pistävän maun.

Taudinaiheuttajan iskiessä kasviin tai esimerkiksi raakaa kaalia pureskeltaessa kasvin myrosinaasi-entsyymit hajottavat glukosinolaatit muun muassa nitrileiksi, tiosyanaateiksi ja isotiosyanaateiksi, jotka toimivat kasvin omina kemiallisina aseina taudinaiheuttajia ja kasvinsyöjiä vastaan. Uusimpien tutkimusten mukaan glukosinolaattien hajoamistuotteet toimivat myös viestimolekyyleinä ja edistävät kasvin muiden puolustusvasteiden käynnistymistä.

Erilaiset glukosinolaatit hajoavat myös erilaisiksi lopputuotteiksi, jotka vaikuttavat erilailla kasviin itseensä mutta myös kasvia uhkaaviin tuholaisiin ja taudinaiheuttajiin. Kemialliselta rakenteeltaan erilaisia glukosinolaatteja on löydetty jo yli 120. Vaikka kasvit tuottavat lukuisia erilaisia glukosinolaatteja, tiedämme hyvin vähän niistä mekanismeista, joiden avulla kasvi säätelee eri glukosinolaattien tuotantoa. Lisätutkimusta vaatii myös glukosinolaattien erityispiirteiden tunnistaminen biologisissa vuorovaikutuksissa.

Turun yliopistossa molekulaarisen kasvibiologian osastolla olemme tutkineet eräiden metyloitujen glukosinolaattien tuottoa. Näiden glukosinolaattien on havaittu edistävän kasvin puolustusta erityisesti nekrotrofisia sienitauteja vastaan. Tutkimuksessamme olemme selvittäneet niitä mekanismeja, joiden avulla kasvi säätelee metyloitujen glukosinolaattien tuottoa sienitaudin iskiessä kasviin. Säätelymekanismeja muokkaamalla kasvit saadaan tuottamaan suurempia määriä näitä glukosinolaatteja, jolloin ne ovat vastustuskykyisempiä sieni-infektioille.

Maailmalla uusimmissa tutkimushankkeissa glukosinolaatteja pyritään tuottamaan bioreaktoreissa hiivasoluja apuna käyttäen. Tässä synteettiseksi biologiaksi lukeutuvassa lähestymistavassa glukosinolaatien biosynteesiin vaadittavat geenit ja niiden ilmenemistä säätelevät mekanismit siirretään hiivasolun genomiin, jolloin saadaan tehokkaasti tuotettua monimutkaisiakin luonnonyhdisteitä. Tulevaisuudessa voimmekin suojella peltojamme hyödyntäen entistä tehokkaammin kasvien omia asevarastoja.

Moona Rahikainen
Kirjoittaja on molekulaarisen kasvibiologian tohtorikoulutettava.