Предшественники лука: Лучшие предшественники для лука и чеснока | Твоя усадьба

Содержание

Лучшие предшественники для лука и чеснока | Твоя усадьба

Невозможно себе представить ежедневное меню любой семьи без острого лука и пряного чеснока. Оба растения не только придают блюдам пикантный вкус, но и помогают противостоять респираторным заболеваниям. Поэтому, как правило, ни один огород не обходится без грядок с этими культурами.

Лук и чеснок являются родственниками. А основное правило севооборота гласит: родственные культуры не могут быть друг для друга ни предшественниками, ни последователями, так как у них одинаковые заболевания, и они подвержены одним и тем же вредителям. Но быть соседями им не возбраняется. Куда важнее определиться после каких культур можно и нужно высаживать лук и чеснок.

Что касается лука, то для него идеальными предшественниками будут те растения, которые в предыдущем сезоне получили значительную подкормку органическими удобрениями. Обычно это представители паслёновых помидоры и баклажаны, кабачки и их сородичи патиссоны, тыквы, белокочанная капуста и кольраби, картофель, салат, шпинат, а также сельдерей. Не советуют высаживать лук после огурцов, моркови, фенхеля, кукурузы и подсолнечника. И совсем не подходят луку такие культуры, как фасоль, горох, репа, редька, редис, брокколи, укроп, петрушка и пастернак. Кстати, сам лук является хорошим предшественником для многих растений, его шелуха служит им отличной подкормкой. При планировании грядок с луком, следует учитывать, что это растение лучше не высаживать на одном месте более трёх-четырёх лет подряд.

А вот для чеснока лучшими предшественниками являются растения с длинной корневой системой. Объясняется это тем, что у чеснока корни неглубокие, и питается он, в основном, из верхних слоёв почвы. Если перед чесноком росла культура с глубокой корневой системой, то такое растение получало питание большей частью из нижних слоёв грунта. Поэтому почва после этого предшественника идеально подойдёт для чеснока. К таким растениям относятся, например, зерновые культуры, за исключением ячменя и овса. Многие из них высаживаются осенью в качестве сидератов. Злаки отлично подготовят грунт перед посадкой чеснока. Также прекрасным «зелёным удобрением» для чеснока является растение семейства бобовых вика.

Хорошими предшественниками для чеснока будут кабачки, патиссоны, тыквы, цветная и белокочанная капуста, бобы, фасоль, горох, и зелень всех видов. Грядки после помидоров, перцев и баклажанов тоже приемлемы. А лучшими предшественниками для чеснока по многочисленным отзывам признаны огурцы и клубника. Категорически запрещается высаживать чеснок после картофеля, свеклы и моркови. Для выращивания корнеплодов необходимо большое количество калия. Поэтому земля после возделывания этих культур будет испытывать недостаток этого элемента, в котором чеснок тоже очень нуждается. Каждые два года чеснок необходимо пересаживать на новое место. Это уменьшает риск заболеваний и атаки вредителей.

Соблюдение правил севооборота увеличит урожайность и иммунитет культур, а также повысит плодородие почвы.

Спасибо за внимание и подписывайтесь на канал. Если вам понравилась статья, то ставьте лайки и делитесь ею в социальных сетях.

Таблица предшественников | Моя сельская усадьба

Культура Хороший предшественник Плохой предшественник
капуста сидераты, клевер, дернина, горох, бобовые, картофель, морковь капуста
капуста средняя и поздняя горох, бобы, фасоль, ранний картофель, огурец, морковь капуста, столовая свекла
капуста ранняя и цветная сидераты, горох, бобы, лук, фасоль, огурец ранний капуста, корнеплоды
картофель, все сорта сидераты, огурец, бобовые, лук, капуста, морковь, перец, свекла, чеснок картофель, томаты
томат сидераты, огурец, репа, цветная капуста, зеленные, лук, морковь, свекла картофель, томаты, горох, кабачок
лук ранняя белокочанная и цветная капуста, огурец, ранний картофель, томат, бобовые, зеленные, редис лук-порей, редька, сельдерей, морковь
морковь ка­пу­с­та, кар­то­фель, огу­рец, то­мат, лук, свек­ла на пучок, лук-порей, зеленные и бобовые культуры. па­с­тер­нак, пет­руш­ка, фен­хель, сель­де­рей, скор­цо­не­ра, кабачок
огурцы капуста, томат огурцы, кабачок
перец многолетние травы, бобовые, огурец, озимая пшеница, ранняя капуста, лук, бобовые, зеленные картофель, томат, перец, баклажан, физалис
чеснок огурец, сидераты, ранний картофель; ранняя, цветная капуста; бобовые морковь, зеленные
свекла столовая морковь, картофель, лук, сидераты, огурец, ранний картофель, зеленные свекла, капуста, томат
горох капуста, огурцы, лук, картофель, помидоры фасоль
кабачок, тыква, патиссон бобовые; ранняя, средняя, цветная капуста; лук, чеснок капуста поздних сортов, морковь, томаты
зеленные сидераты, бобовые, лук; ранняя, цветная капуста; огурец морковь, поздняя капуста
бобовые все виды капусты, ранний картофель, огурец, лук бобовые, многолетние травы (клевер

правила севооборота, после чего можно сажать, особенности посадки под зиму

Огромную роль в сельском хозяйстве играет правильный севооборот овощных, ягодных, пряных культур. От того, насколько правильно и грамотно выбрана посевная площадка, зависит дальнейший урожай. В статье речь пойдёт о выращивании репчатого лука с учётом всех правил севооборота.

Знаете ли вы? Самую большую луковицу в мире вырастили в Англии. Её масса составила 6 килограмм.

ПоказатьСкрыть

Основные правила севооборота

Севооборот — процесс чередования овощных культур, растений при посадке на участке земли. Учёные-аграрии указывают три основные причины.

Исходя из которых необходимо соблюдать ежегодное чередование овощных растений на приусадебных участках:

  1. Увеличение концентрации болезнетворных организмов и вредителей. К слову, при использовании одних и тех же площадей в течение нескольких сезонов культивирования картофеля будет увеличиваться концентрация патогенного фитофтороза, насекомого-проволочника, жуков-вредителей. Соответственно, каждый последующий урожай будет менее полноценен, а усилия по борьбе с заболеваниями и вредителями возрастут в разы.
  2. Возрастание уровня токсинов в почве. Растения посредством разветвлённых корней выделяют в почвенный слой токсические вещества — колины. При этом большинство растений исключительно восприимчивы к собственным токсинам, выделенным в предыдущий период произрастания. Нарушение или несоблюдение севооборота, когда на следующий год на то же место высевают прошлогоднюю культуру, урожай будет уменьшаться, «вырождаться» даже без пагубного влияния вредителей и различных заболеваний. Свёкла и шпинат — пример овощей, которые крайне чувствительны к своим колинам. А кукуруза, порей, растения семейства бобовых — наименее восприимчивы к своим токсинам.
  3. Плодородность почвы. Ежесезонное чередование растений на грядках позволяет почве менее истощаться, так как корневая система у каждого вида имеет разное строение, и потребление полезных веществ происходит из разных слоёв грунта. Учитывая эту особенность, при посадке в открытый грунт в определённой очерёдности огородных культур не только не произойдёт истощение почвенных слоёв, но и запустится процесс оздоровления грунта.

Важно! Существуют специальные таблицы, в которых приведена в удобной форме информация о севообороте культур на огороде.

Роль лука в севообороте

В севообороте, в который вовлечён репчатый лук, следует учитывать уровень органических удобрений, внесённых в почву. В зависимости от этого производят посадку луковой культуры. Кроме этого фактора, допускается выращивание данной культуры до трёх сезонов подряд при условии южных регионов и специальных севооборотов.

Агротехника выращивания репчатого лука

Рассмотрим более подробно некоторые нюансы посадки вышеназванной овощной культуры.

Важно! О переизбытке влаги на луковой грядке указывает светло-зелёная окраска перьевой части растения.

Требования к составу почвы

Лук-репка — достаточно требовательная культура в отношении состава грунта. Грядку следует готовить заранее, чтобы внесённые органические удобрения (коровяк, птичий помёт) основательно перепрели и не создали агрессивной среды для корней растений. Минеральные удобрения также необходимы, но следует учитывать, что их избыток негативно влияет на растение и идёт накопление химических веществ во всех частях, особенно — в подземной части (луковице). Уровень кислотности грунта должен быть близок к нейтральному. В случае необходимости следует провести раскисление почвы (например, золой или доломитовой мукой). В качестве озимого лук высаживают на грядке не семенами, а севком, тогда ранней весной можно получить отличный урожай зелёного пера. Существует также методика получения луковой репки при высадке осенью мелких луковичек. Весной севок следует высаживать в хорошо прогретую землю, иначе существует большая вероятность массового стрелкования лука.

Знаете ли вы? В косметических целях используют свежую луковицу, разрезанную пополам. Регулярное протирание лица помогает очистить кожу от веснушек и пигментных пятен.

Однако и поздние сроки посева не желательны, так как позднее развитие луковицы-репки неблагоприятно сказывается на последующем качестве овоща. Как посадить семенной материал, чтобы создать условия для правильного формирования растения и обеспечить последующий надлежащий уход — ответ прост: луковки помещают в почву на глубину не более 4 см, выдерживая расстояние между ними около 10 см. Межрядное расстояние — 25 см. Почву желательно замульчировать перегноем.

Требования к влажности грунта

Для полноценного развития жгучий овощ нуждается в постоянном поливе с учётом погодных условий. Состояние почвы должно оставаться стабильно-увлажнённым, чтобы лук не пересыхал. Однако избыток влаги вреден, так как это способствует образованию гнилостных процессов, заболеваниям.

Перечень предшественников репчатого лука

  • Культуры, после уборки которых высевают лук на репку:
  • огурцы;
  • кабачки;
  • тыква;
  • капуста;
  • картофель ранний;
  • растения-сидераты;
  • фасоль;
  • бобы;
  • горох.

Несовместимые предшественники репчатого лука

  • Перечень культур, после которых нельзя высаживать репку:
  • земляника;
  • зелень;
  • травы пряные;
  • морковь;
  • репа;
  • редька;
  • редис;
  • лук;
  • чеснок.

Что можно сажать рядом с репчатым луком

Самым традиционным «соседом» репчатого овоща считается морковь. Преимуществом такого близкого произрастания можно считать то, что каждая из культур пагубно влияет на вредоносных насекомых овоща-соседа.

Что ещё можно посеять рядом с луковой грядой, так это:

  • помидоры;
  • свёклу;
  • белокочанную капусту;
  • цикорий;
  • садовую землянику;
  • чабрец.

После каких предшественников можно сажать лук под зиму

Зимний севок предпочтительно высаживать после:

  • всех видов растений сидератов;
  • кукурузы;
  • томатов;
  • огурцов;
  • салатов;
  • капусты (любого вида).

Многие опытные огородники рекомендуют высаживать луковки на грядки после картошки. При этом следует только убедиться, что почва не заражена проволочником и нематодами. Подводя итог, можно смело утверждать, что при соблюдении несложных правил и учёте сезонной последовательности при посадке растений, можно значительно увеличить выход товарной продукции, при этом ощутимо снизив трудовые и материальные затраты, связанные с удобрением грядок, и упростив борьбу с болезнями и вредителями.

Что нужно знать о предшественниках лука при посеве: после чего можно сажать

Выращивание лука считается наиболее эффективным после овощных культур, которые удобрялись большим количеством органики. Список подходящих для этого овощей содержит немалое число единиц наименований. Следует отметить, что высадка лука в условия тяжёлой глинистой почвы не поспособствует получению высококачественного урожая. Посадочная грядка должна располагаться на хорошо освещаемом месте, а земля должна иметь рыхлую структуру, быть плодородной и воздухопроницаемой. Кроме того, лук севок не может высаживаться на одно и то же место более трёх лет подряд. Посаженные поблизости от лука садовые цветы, в особенности бархатцы, избавят растение от появления очагов размножения таких разновидностей насекомых-вредителей, как луковая муха или капустница.

Агротехника выращивания репчатого лука

Такое огородное растение, как репчатый лук, имеет хороший показатель устойчивости к похолоданиям, наличием которого характерна зима в умеренном и северном климатическом поясах нашей страны. Начало прорастания семян данной культуры возможно при +7оС-ной температуре воздуха. Однако сроки появления первых всходов зависят от температуры во время высадки: чем она ниже, тем позже начнётся прорастание зелёной поросли. Таким образом, дождавшись, пока на улице установится весна с +18оС-ной температурой, чтобы начать проводить посадочные работы, можно получить проросшие всходы уже через 8 суток.

Полезная информация. Острые сортовые разновидности репчатого лука отличаются большей устойчивостью к похолоданиям.

Требования к составу почвы

Лучше всего высаживать репчатый лук в чернозёмный грунт с предварительно внесённым комплексом минеральных удобрений. Обеспечение тщательного ухода допускает использование торфяников и почвы суглинистого типа. Отказ от обогащения суглинистого грунта приведёт к получению урожая с низкими вкусовыми качествами и слабой способности к длительному хранению.

Репчатый лук

Высаживать репчатый лук в условия песчаного грунта недопустимо. Почва, в которую сажают лук, должна обеспечивать выветривание и испарение излишней жидкости. Кроме того, участок под посадку данной огородной культуры должен быть защищён от воздействия сильных порывов ветра и не препятствовать поступлению солнечного освещения к растениям.

Земля, подготовленная, когда завершается календарная осень, позволит получить урожай более высокого качества. Проведение данного огородного мероприятия состоит в следующем:

  1. Тщательное перекапывание почвы;
  2. Удаление всех растительных остатков.

Чтобы разнообразные вредные микроорганизмы, сохранившиеся в почвенном материале, вымерзли в зимнее время, следует отказаться от разравнивания поверхности грунта. В осенний сезон можно удобрить землю одним из двух доступных вариантов состава полезных соединений:

  • компост;
  • фосфорно-калийное удобрение.

В зимний период происходит усваивание необходимых микроэлементов, а с наступлением весеннего снеготаяния они поступают в наиболее глубокие слои почвы.

При превышении показателя кислотности pH значения 7, перьевая часть растения останавливается в росте и желтеет. Нейтрализовать состав почвы можно путём известкования. Однако, после проведения данной процедуры, сажать лук на обработанном участке можно не ранее, чем через 3 года.

Кроме того, с наступлением весны можно внести смесь минеральных веществ, в состав которой входят (из расчёта на 1 м2):

  • 60 грамм суперфосфата;
  • 10 грамм мочевины;
  • 20 грамм хлористого калия.

Вносить данный состав вглубь почвы не требуется – достаточно перемешать его с грунтом при помощи садовых грабель.

Спустя 3 недели после посадки лука, необходимо удобрить гряду куриным помётом, разведённым с водой в соотношении 1:12. Также можно заняться изготовлением аммиачного раствора. Для этого 30 грамм данного микроэлемента необходимо развести в 10 литрах воды.

Обратите внимание. Если данная культура выращивается с целью сбора урожая репчатого лука, свежий коровяк вносить не рекомендуется. Данная разновидность органического удобрения поспособствует нарастанию перьевой части лукового растения, но сама луковица будет получать меньшее количество полезных соединений, что приведёт к задержке процесса её созревания.

Ещё одним агрономическим приёмом, направленным на повышение качества урожая, является высадка луковиц на приподнятую гряду, где грунт прогревается наиболее интенсивно, по сравнению с обычной грядой. Следственно, микроклимат внутри такой гряды является наиболее благоприятным. Рекомендуется обустраивать место под посадку по такой технике в условиях утяжелённой почвы.

Требования к влажности грунта

Поскольку для данной культуры необходимо соблюдение требуемого режима увлажнённости почвы, размещать посадочный материал рекомендуется на участке, куда имеют доступ дождевые осадки. Снижение показателя влажности почвы необходимо при пребывании посадок в стадии созревания – это окажет положительное влияние на показатель продолжительности хранения будущих корнеплодов и повысит устойчивость к ряду заболеваний. Влагообеспечение в данном случае должно быть на полуметровую глубину залегания.

Перечень предшественников репчатого лука

Необходимость поддерживать севооборот обусловлена тем, что каждая огородная культура, высаженная в почву, оказывает какой либо эффект на её состав. Отказ следовать чередованию видов посадок при возделывании на одном и том же участке определённой культуры может привести к полному истощению почвы, что сделает её непригодной для высадки любого другого растения. Бессистемное возделывание плодоовощных культур, скорее всего, приведёт к скоплению большого числа различных вредителей. Однако, при правильной организации севооборота чередование сочетаемых друг с другом видов овощей поспособствует выработке иммунитета ко множеству болезней и вредителям.

Истощение почвы

Главное правило для севооборота репчатого лука заключается в выращивании культуры на одном месте не более трёх лет. Поскольку большинство дачников интересует сочетание лука с наиболее часто высаживаемыми овощными культурами, то у них возникают вопросы: можно ли сажать лук после капусты, можно ли садить лук после моркови. Перечень лучших предшественников севооборота лука, в который входят предшественники репчатого лука при посадке, хорошо сочетающиеся с данным корнеплодом, включает в себя те, что в прошлый год обильно удобрялись органикой, среди которых:

  • томат;
  • капуста белокочанная;
  • капустный сорт кольраби;
  • баклажаны;
  • шпинат;
  • кабачок;
  • патиссон;
  • сельдерей;
  • латук;
  • тыква;
  • огурец;
  • картофельный куст;
  • земляника садовая;
  • свекла.

Культуры, запрещённые к севообороту

Список овощей, после которых нельзя сажать репчатый лук, во избежание потери урожая, включает в себя:

  • укроп;
  • репу;
  • фасоль;
  • редис;
  • редьку;
  • горох;
  • капусту-брокколи;
  • петрушку;
  • пастернак;
  • шалфей;
  • шнитт-лук.

Примечание. Многих интересует вопрос: можно ли вырастить лук в качестве предшественника другим огородным растениям, к примеру, можно ли сеять морковь после репчатого лука. После лукового растения так же, как после чеснока, можно высаживать любой вид плодоовощных культур – это может быть как томат, картошка, капуста, так земляника или морковный корнеплод.

Несовместимые предшественники репчатого лука

Наиболее распространённой причиной, по которой противопоказано выращивать луковый посадочный материал рядом с такими огородными культурами, как, к примеру, свекла, морковка или шпинат, является способность данных растений к накапливанию большого количества нитратов, это запрещённые предшественники лука при посадке. Неправильно подобранная посадка соседствующих культур может привести к полной потере урожая.

Разновидность комбинированных гряд

Лук, высаженный по соседству с другими плодоовощными культурами, считается более урожайным, полезным и имеющим лучшие гастрономические свойства. Размножение данного вида овоща осуществляется семенным способом, что позволяет проводить его посев в позднеосенний период. Однако наиболее здоровыми считаются посадки, пророщенные из семян в тепличных условиях весной.

Лук и салаты в одной грядке

Наиболее часто встречающимся вариантом комбинирования луковых посадок считается сочетания данного корнеплода с петрушкой, морковкой и редиской. Первым делом гряда разделяется на 4 борозды, расстояние между которыми составляет чуть более 20 сантиметров, после чего посадочный материал лука-севка высаживается. Расстояние между луковицами, расположенными в рядах, составляет 10 сантиметров. В каждом ряду между луковицами сажают редис. Аналогичным способом засаживаются борозды с остальными культурами.

Не менее известный способ создания комбинированной гряды заключается в чередовании лука-севка с морковью, помидорами, кресс-салатом и шнитт-луком. Высевание семенного материала всех культур, расстояние между которыми составляет 8 сантиметров, осуществляется в следующем порядке:

  1. морковь;
  2. лук-севок;
  3. свободная борозда;
  4. шнитт-лук;
  5. кресс-салат.

По центру на такой гряде в свободную борозду высаживаются помидоры. Сначала проводится уборка кресс-салата, после чего – шнитт-лука и лука-севка.

Примечание. Культуры, посаженные, в соответствии с комбинированной технологией, плодоносят в несколько раз эффективнее.

Ответы на наиболее часто задаваемые вопросы: можно ли сажать репчатый лук после картофеля или можно ли садить лук после выращивания капусты, можно ли посадить морковь после лука, были изложены в данном материале. Высадка лука рядом с растениями, способными положительно повлиять на состояние посадок, – это один из высокоэффективных методов положительного воздействия на качественный показатель урожайности.

Однако не менее важно избегать высадки репчатого лука с разновидностями огородных культур, например, такими как шпинат или морковочка, которые с ним не сочетаются. Правильно подобранный предшественник или, в особенности, создание комбинированной гряды, позволят не только сохранить, но и увеличить урожай выращиваемых корнеплодов.

0 0 голос

Рейтинг статьи

Лук и его предшественники

Предшественники перца и его выращивание

Выращивание одних культур несколько лет на одном месте приводит к усталости почвы, накоплению вредителей и болезней. Чтобы избежать этого, нужно проводить правильный севооборот. Севооборот необходим для повышения плодородности почвы и увеличения урожая. Предшественниками являются культуры, которые занимали участок в прошлом году.

Отличные предшественники перца - это лук, огурец, многолетние травы, ранняя капуста. А вот семейство Пасленовые нужно исключить. Предшественники перца возвращают на место примерно через 3 или 4 года. Соседями перца могут быть огурец, бобовые культуры, лук.

Корневая система перца не очень хорошо переносит пересадку, поэтому рассаду следует выращивать в горшочках или кассетах. Оптимальная температура для роста семян от 18 до 22 градусов. Рассада для высадки должна иметь до семи настоящих листьев. Перед посадкой нужно подготовить почву и внести удобрение.

Перец любит хорошее увлажнение почвы и очень плохо относится к перегреву и пересыханию.
При посадке рассады в почву нужно следить, чтобы не засыпать корневую шейку. Периодически нужно проводить подкормку для лучшего развития растений.

Лучшими условиями для развития и роста перца считается температура от 20 до 25 градусов. Растения плохо переносят небольшие и легкие заморозки. Перец весьма чувствителен к воздушному состоянию почвы, очень важно проводить периодические рыхления.

При выполнении основных рекомендаций и правил вы получите отличный урожай перцев, который вас будет радовать своим качеством и количеством.

OgorodSadovod.com

Посадка лука | Вырасти сад!

Категория Лук

Посадка лука севка

На моем видео подробно рассказано, как правильно садить лук севок, можете также прочитать и посмотреть видео на моем блоге http://elenka2012.com/domashnee-hozya…

Репчатый лук является двулетним растением. На протяжении первого года у него развивается луковица. На второй год из луковицы формируется цветущие растение, которое даёт семена. Луковица очень хорошо хранится. Использовать её можно не только сразу после уборки, но и через пять – восемь месяцев после сбора урожая.

Выращивание лука репчатого осуществляется тремя способами. Он может быть однолетней культурой. Когда из семян или из рассады уже в первый год вырастает продовольственный лук. Если речь идёт о двух – и трехлетней культуре, то на первый год благодаря загущенному посеву получают лук-севок. Далее он используется как посадочный материал. И третий способ – это вегетативное размножение. Из года в год выращивается репка. Минуя семенную репродукцию. Для выращивания лука репчатого в условиях нечерноземной полосы подойдут все перечисленные способы. Можно провести выращивание лука из севка или из выборки. Подойдут сорта Бессоновский местный, Даниловский, Ростовский репчатый местный, Стригуновский местный.

Для вегетативного способа пригодны местные Кировской, Псковской и Новгородской областей.

Для однолетнего выращивания подойдут относительно скороспелые сорта — Вишенский местный, Бессоновский местный и Стригуновский местный.

Выращивание лука репчатого из семян

Семена имеют черный цвет и являются трехгранными. Набухание происходит медленно. При благоприятных условиях всходы появляются через семь – десять дней. Вначале всходы имеют вид петельки, после того как петелька выпрямится, начинают отрастать настоящие листья. Прорастание всходов происходит медленно. Следует учитывать и то, что корневая система является слаборазвитой. Поэтому особенно важно своевременно избавляться от сорняков и рыхлить почву. Это поможет росту и развитию растений.

Выращивание лука и уход за ним

Правила выращивания лука и уход за ним одинаковы для всех видов. Из-за слаборазвитой корневой системы необходимо отводить для него плодородные, хорошо увлажненные, некислые и малозасоренные почвы. Лучшими предшественниками являются рожь, томат, огурец и ранняя капуста. Под них вносится навоз, что очень хорошо. После уборки предшественников необходимо сразу же провести лущение, а после и зяблевую вспашку. Весной проводится боронование, а перед посадкой или посевом — культивация с одновременным боронованием. Минеральные удобрения необходимо выбирать в зависимости от почвы.

Если необходимо получить ранний урожай, следует выращивать овощ на грядках, которые хорошо прогреваются. И, следовательно, все работы, связанные с его выращиванием можно будет проводить ранее.

Через семь – десять дней с момента появления всходов проводят первую подкормку. Через двадцать пять – тридцать дней после неё, проводят вторую.

Полив лука репчатого

Полив лука репчатого следует производить по мере необходимости. Если стоит жаркая погода, то полив необходим пару раз в неделю. Если погода дождливая, то овощи могут спокойно обойтись и без дополнительного полива.

Болезни репчатого лука: профилактика и лечение

Лук подвержен большому количеству заболеваний. Самые распространенные среди них – это головня лука, мозаика, гниль шейковая серая, ложная мучнистая роса (пероноспороз), а также гниль донца. Следует знать, что если овощи были поражены гнилью шейки или донца и пероноспорозом, то они не пригодны к длительному хранению.

Существует ряд мер, которые помогают предотвратить развитие заболеваний. В частности это соблюдение севооборота и ежегодная плодосмена. Необходимо тщательно уничтожать все остатки предшественников, обеззараживать семена, соблюдать пространственную изоляцию между посевами овоща первого и второго года.

Сеять лук на прежнем месте можно лишь спустя три-четыре года. Необходимо держать в чистоте посадочный и продовольственный материал. Проводить дезинфицирование хранилищ и профилактические опрыскивания.

Не следует проводить посев около больших пойм, водохранилищ или болот.

Уменьшить риск возникновения болезней репчатого лука поможет осенняя глубокая вспашка плугом, а также внесение оптимальных доз удобрений. При этом чрезмерного применения азота следует избегать.

Фосфорно-калийные удобрения повышают устойчивость к различным заболеваниям. В частности к шейковой гнили и к пероноспорозу. Помимо этого они ускорят созревание лука и семян, защитят от опасных вредителей.

Для высадки следует использовать только здоровые овощи. А посадочный материал прогревать. Лук севок следует прогревать перед высадкой, а маточные луковицы прогревать перед закладкой их на хранение. Эти меры помогают защитить их от гнили шейковой. В результате этого отходы во время хранения сократятся. И также данный метод позволит вовремя заметить зараженные луковицы и отбраковать их. Ещё прогревание защищает от возбудителей ложной мучнистой росы.

Бизнес на выращивании лука

Спрос на полезную и вкусную свежую зелень был всегда. И сегодня многие понимают, что можно создать хороший бизнес на выращивании лука. Есть сразу несколько поводов, чтобы начать этим заниматься. Занятие это достаточно простое. Посадочный материал является дешёвым, а покупатели на урожай найдутся обязательно. Если уже имеется земельный участок, то нужны будут лишь удобрения и посадочный материал. Так что стартовый капитал – минимален. Закупаться можно на оптовых базах или в магазинах «сад и огород». Остаётся только выбрать — какие именно виды Вы желаете производить. Кроме того, это не только летний заработок. Стоит построить небольшую теплицу и зарабатывать деньги можно будет на свежей зелени и зимой.

При выращивании репчатого лука из семян, к концу первого года получают мелкие луковички — севок, которые высаживают весной и в конце сезона получают нормальные луковицы репчатого лука. Если их высадить на третий год, то появятся цветоносные побеги, вызреют семена и весь цикл выращивания репчатого лука можно будет повторить. Обычно огородники предпочитают выращивать репчатый лук из севка, т.к. сохранить его до весны в домашних условиях трудно, но можно высаживать его под зиму на подготовленные и удобренные грядки. (обсуждение особенностей выращивания овощных культур)

Свет Лук светолюбив, предпочитает открытые, сухие, солнечные грядки.
Ph кислотность почвы Лук хорошо растет на суглинистых почвах, богатых органикой, с рН 6,4-7,9. Кислые почвы нужно известковать.
Полив репчатого лука При недостатке влаги перо лука приобретает сизовато-белый оттенок, его кончик перегибается. При избытке влаги перо становится бледно-зеленым.

После посадки севка его поливают 1 раз в неделю в мае-июне (5-10 л на 1 м²), в июле поливы сокращают, т.к. идет созревание луковиц, но если засуха, поливы допустимы, чтобы не допускать увядания.

Подготовка к посадке Подготовка семян к посеву: за 30 дней до посева семян их проверяют на всхожесть. Потом кладут в марлю и помещают на 15 минут в горячую (45-50 °С) и на 1 минуту в холодную воду. После этого семена выдерживают в ткани, смоченной в теплой воде на 24 часа. Затем в воде комнатной температуры в течение 48 часов.

Подготовка севка к посадке: луковички перебирают, сортируют по размеру (для равномерности всходов). В первую очередь высаживают крупные, затем средние и наконец, мелкие луковицы севка. За 3 дня до посадки посадочный материал прогревают у батареи отопления (при температуре 30-40 °С), если севок хранился дома при комнатной температуре, прогревать его не надо. Без прогрева лук-севок пойдет в стрелку. Потом луковицы на 10 часов замачивают в растворе любых комплексных удобрений (1 столовая ложка на 10 л воды). Затем луковицы помещают на 10 мин в раствор медного купороса (1 чайная ложка на 10 л воды) для профилактики грибных болезней, после этого их промывают и сажают.

Если севок будет выращиваться для получения пера, перед посадкой нужно срезать верхушку луковички, а если севок высаживают для получения полноценной луковицы — ничего не срезают.

Удобрения Удобрения вносят под осеннюю перекопку (на 1 м²): 3 кг органики (компост, перегной), по 1 столовой ложке суперфосфата, нитрофоски, древесной золы. Весной подготовленную грядку выравнивают, проливают раствором медного купороса (1 столовую ложку на 10 л воды), расход жидкости — 2 л на 1 м², накрывают грядку черной пленкой на 2-3 дня.

Если нарастание листьев идет медленно, лук можно подкормить: на 10 л воды 1 стакан коровяка или птичьего помета, 1 столовую ложку мочевины. Расход раствора — 3 л на 1 м².

Через 15 дней подкормку можно повторить.

Третью подкормку проводят, когда луковицы станут размером с грецкий орех.

Хорошие предшественники Хорошие предшественники для лука сидераты, томат, капусты, бобы, горох.
Плохие предшественники Предшественниками не могут быть лук, чеснок, огурец, морковь
Срок посадки лука Севок сажают в первой декаде мая. Если почва непрогретая (ниже +12 °С), лук пойдет в стрелку. Запаздывание с посадкой приводит к медленному развитию луковиц из-за недостатка влаги и высоких температур. Для Северо-Запада сигналом к посадке лука служит цветение черемухи.
Схема посадки лука Семена репчатого лука сажают по схеме: 15х1,5 см. После посева семян почву поливают 3-3 л на 1 м² и накрывают пленкой от пересыхания почвы.

Схема посадки севка: 25х10 см.

Глубина посадки Семена репчатого лука заделывают на глубину 2 см.

Севок сажают на глубину 4 см (чтобы над плечиками луковицы было 2-2,5 см почвы).

Проблемы Когда перо лука достигнет высоты 15 см можно провести профилактическую обработку против грибных заболеваний: в 10 л воды разводят 1 чайную ложку медного купороса и 1 столовую ложку жидкого мыла. Раствором опрыскивают листья (0,5 л на 1 м²).

Болезни и вредители репчатого лука: шейковая гниль, ложная мучнистая роса, ржавчина лука, черная плесень, фузариоз, стеблевая нематода, луковая муха.

Многие растения в совместных посадках в состоянии сами позаботиться о своих соседях и защитить их.

Уход Уход за репчатым луком заключается в своевременных поливах, прополках. Грядки с луком рыхлят раз в 2 недели на глубину 3 см.
Сорта репчатого лука Сорта репчатого лука: Бессоновский, Даниловский 301, Кармен, Одинцовец, Хиберна, Шетана.
Уборка репчатого лука Лук готов к уборке, когда прекратилось образование новых перьев, когда перо полегло, а луковицы сформировались и приобрели характерную окраску. Убирают репчатый лук с середины августа до первой декады сентября. Если с уборкой опоздать, лук возобновит рост и станет непригоден для хранения.

Выкопанные луковицы сразу после уборки нужно промыть, очистить от шелухи и пера, срезать корни и разложить луковицы в один слой в проветриваемом помещении. Через 2-3 недели на голых луковицах появятся новые золотистые чешуйки, и его можно будет убирать на хранение. При этом луковицы с толстой, незакрывшейся шейкой, нужно использовать сразу. Особенно эффективен этот способ уборки урожая в дождливую погоду.

Казалось бы, что может быть проще, чем вырастить у себя на приусадебном участке, а то и просто на подоконнике полезный, красивый лучок? Но, оказывается, что бы получить достойный урожай, посадка и уход за луком должны быть правильные.

Для того, что бы получить крупную головку-репку, лучше всего  сажать лук-севок. Это небольшие лучины, размером 1,5-2 см в диаметре. Конечно, репчатый лук можно вырастить и из семян. Для этого семена лука высаживают первый год, получая лук-севок в виде урожая. И на второй год сажают уже севок. Но, к сожалению, хранить лук-севок в домашних условиях очень сложно. Для этого требуется неукоснительное соблюдение температурного и влажностного режима. Именно поэтому выращивать лук-репку предпочтительнее из небольших луковиц — севка.

Перед посадкой лук-севок переберите, удаляя подгнившие, засохшие луковички. Если вы хотите получить хороший урожай, то не поленитесь перед тем, как посадить лук на репку, обработать посадочный материал следующим образом:

  • 1 столовую ложку комплексного удобрения разведите в 10 литрах воды
  • перебранные луковицы завяжите в тряпочный мешок
  • опустите мешочек с луковицами в емкость с хорошо растворенным удобрением
  • оставьте лук-севок в растворе на ночь
  • утром нужно слить раствор и залить луковицы новым раствором: 1чайная ложка медного купороса на 10 литров воды
  • выдержите луковицы в растворе медного купороса в течение 10 минут
  • промойте посадочный материал в проточной воде

Такая обработка гарантирует длительную защиту лука от грибковых заболеваний и гниения.

Почва для посадки лука севка длжна быть суглинистая, насыщенная минеральными удобрениями. Место для посадки лучше всего выбирать солнечное и сухое. Но не следует забывать о том, что лук-севок любит воду, а потому его необходимо регулярно — 1 раз в неделю — поливать.

vyrastisad.ru

Что после чего сажать? Грамотное планирование посевов

Таблица севооборота

Планируя будущие посевы, надо в первую очередь учесть порядок чередования культур. Это очень важно для будущего урожая. Ведь правильный севооборот позволяет избежать поражения вредителями и болезнями, а также сохранить плодородие почвы. И наоборот, при выращивании одних и тех же овощей несколько лет подряд запас питательных веществ на грядках истощается и накапливаются почвенные инфекции.

Опытные огородники всегда учитывают этот фактор, что позволяет им получать более высокие урожаи. Чтобы не запутаться в «пяти сотках», стоит нарисовать план своего огорода на грядущее лето и примерный план посадок на будущий год, соблюдая правильный порядок чередования овощных культур.

Капуста

Нельзя высаживать капусту и другие крестоцветные (редис, редьку) на одном и том же месте раньше, чем через 2-3 года. Белокочанную капусту лучше размещать после картофеля, томатов, лука репчатого; допустима посадка после фасоли, гороха, моркови и свеклы.

Картофель

Лучшие предшественники для картофеля - капуста и различные корнеплоды. Плохой предшественник для картофеля - томат, так как эти культуры имеют общих вредителей и возбудителей болезней. Выращивать картофель на одном и том же месте следует не раньше, чем -3 .

Огурцы

Для огурцов следует ежегодно искать новое место. Их размещают после цветной и ранней белокочанной капусты. Также можно выращивать их после томатов, картофеля, гороха и свеклы.

Помидоры

По правилам агротехники, нельзя выращивать помидоры после картофеля, так как -повторимся - болезни и вредители у этих культур одни и те же. Хорошие предшественники для томатов - цветная и ранняя белокочанная капуста, тыквенные и бобовые культуры, допустимы корнеплоды и репчатый лук.

Если вы ежегодно сажаете томаты на одном и том же месте, то почва на этом участке становится кислой, поэтому каждой осенью под глубокую перекопку почвы нужно вносить известь-пушонку в небольших количествах (от 50 до 100 г на 1 кв.м.), так как томаты лучше растут на почвах нейтральных (рН 6,5-7).

Свекла

Выращивание свеклы на одном месте следует проводить не чаще, чем раз в три-четыре года. Свекла хорошо растет после огурцов, кабачков, патиссонов, ранней капусты, томатов, раннего картофеля, бобовых культур. Нежелательно сажать свеклу после овощей изсемейства маревых (мангольд, шпинат, опять же свекла ).

Лук

На одном месте лук нельзя сажать более трех-четырех лет подряд. Лучшие предшественники лука - культуры, под которые вносили большие дозы органических удобрений, а также огурцы, кабачок и тыква, капуста, помидоры, картофель. На тяжелых глинистых почвах лук не даст хорошего урожая, он предпочитает легкие, рыхлые плодородные почвы и хорошую освещенность.

Чеснок

Выращивать чеснок на одном месте можно не более двух лет, иначе не избежать заражения почвы стеблевой нематодой.

Пускать чеснок лучше после огурцов, раннего картофеля, ранней капусты и других раноубираемых культур (кроме луковых).

Морковь

Высевают после раннего картофеля, капусты, зеленых культур (исключая салат), допускается размещение после томатов и гороха.

Баклажаны

Лучшими предшественниками для баклажанов являются огурец, лук, раннеспелая капуста, многолетние травы. Нельзя сажать баклажаны там, где в прошлом году росли картофель, томаты, физалис, а также перец и баклажаны.

Земляника

Лучшие предшественники для земляники: редис, салат, шпинат, укроп, горох, фасоль, горчица, редька, петрушка, турнепс, морковь, лук, чеснок, сельдерей, а также цветы (тюльпаны, нарциссы, бархатцы). На бедной почве лучшие предшественники земляники - горчица, фацелия (они же медоносы). Не пригодны в качестве предшественников картофель, томаты и другие пасленовые, а также огурцы. После них участки можно занять земляникой только через три-четыре года.

Клубника

Клубнику хорошо сажать после редиса, фасоли, горчицы, редьки, гороха, петрушки, чеснока. Малопригодны как предшественники картофель, томаты и огурцы. Нельзя размещать клубнику после всех видов семейства сложноцветных (подсолнечник, топинамбур) и всех видов лютиковых.

Вместе - лучше

Многолетний опыт и смекалка огородников подсказали еще одно правильное решение - совместные посадки. Это и удобно, и позволяет на небольшом участке получить большой ассортимент овощей. Однако не все овощи можно размещать в близком соседстве, поскольку не все культуры благоприятно действуют друг на друга. Объясняется это взаимным действием фитонцидов и других летучих веществ, выделяемых растениями.

Морковь можно высаживать вместе с горохом, майораном, луком (это даже полезно, поскольку совместные посадки с луком отпугивают от нее морковную муху). Лук репчатый дружно соседствует со столовой свеклой, цикорием, морковью. Горох и овощная фасоль отлично уживаются с картофелем, томатами, баклажанами, огурцами, тыквой, дыней и арбузом. К картофелю вполне можно подсадить овощную фасоль и сахарную кукурузу, к огурцу - укроп и кукурузу, редис выиграет от соседства с кресс-салатом, а горох - с листовой горчицей.

Доказано, что благоприятно влияют друг на друга картофель и фасоль, чеснок и черная смородина. Можно сделать следующую грядку: посадить петрушку, салат, а между ними посеять чеснок.

Что касается нежелательного соседства, то нельзя сажать рядом картофель и огурцы, белокочанную капусту, землянику и томаты, томаты и тыкву. Если бобовые разместить рядом с луком, обе культуры будут угнетены.

Кроме того, если позволяет площадь, выделите маленький участок для выращивания травсидератов: клевера, люпина, люцерна и других. Таким образом, вы дадите земле отдохнуть, набраться сил для взращивания овощных культур.

Как видите, ничего сложного в этих знаниях нет.

ссылка:http://builderonline.ru/kalendar/chto-posle-chego-sazhat.html

Севооборот. Какие предшественники лука?

natla

Посадки лука не рекомендуют делать на одном и том же месте более 2-х лет подряд.

Хорошими предшественниками лука лука являются капуста, огурцы, помидоры, бобовые, кабачки, зеленые культуры.

А вот от посадки лука после редьки, моркови, сельдерея лучше воздержаться. Во всяком случае, так рекомендовано делать при соблюдении севооборота.

Соблюдение правильного севооборота поможет получить хороший урожай, но важно соблюдать и другие условия и знать, что лук любит плодородные и рыхлые почвы с ровным рельефом местности (так вы сможете контролировать равномерный и правильный полив всей грядки), а также солнечные места.

Лилиан

лук хорошо растет на земле, оставшейся после выращивания огурцов, бобовых культур, сидератов, также ранних сортов картофеля и капусты (цветной и белокочанной).

также ничего плохого не случится, если лук посеют после помидоров, свеклы, лука, поздней капусты.

а вот после зелени и моркови лук лучше не сажать

Kin963

Идеальным вариантом для посадки лука подходят такие культуры-предшественники, как помидоры, перец, баклажаны, кабачки, тыква, свекла, капуста. Не рекомендуется сажать после прошлогодней посадки на этом же месте лука. Лук - культура избирательная, и почву предпочитает не какую-нибудь, а плодородную. Хорошо подойдут супесчаные и суглинистые плодородные почвы.

полиграфовна

Лучшими предшественниками лука являются огурцы, капуста, томаты. Если на участке посажен был многолетний лук, то посев и посадку лука следует делать подальше. Лук наиболее ранняя культура. В луке много ценных элементов. Посадить лук нужно в начале мая.

bolshoyvopros.ru

Читайте также:

что можно, нельзя, предшественники каких культур лучшие для севооборота озимого овоща и для посадки весной в открытый грунт на следующий год?

Казалось бы, лук – это самая простая культура, за которой можно особо не ухаживать, просто воткнуть в землю и любоваться тем, как он растет. Но это не так. В любом деле нужен труд, и если огородник хочет собрать крупные и красивые “вершки” и “корешки”, то нужно приложить немало усилий. Гарантией хорошего урожая является правило его севооборота (предшественников). Так после каких культур можно и нужно высаживать лук?

Влияние предшественников на урожай

Внимание. Необходимость поддерживать севооборот обусловлена тем, что каждая культура, когда-либо высаженная в почву, оказывает свое влияние на ее состав.

Если не следовать чередованию посадок растений на участке, то почва может полностью истощиться и стать непригодной.

Хаотичное возделывание культур может привести к скоплению большого числа вредителей.

Но, если правильно организовать севооборот, то можно заметить, что правильное чередование посадок, которые сочетаются между собой, способно гораздо увеличить урожайность.

Выделяют несколько причин для чередования растений на участках:

  • со временем в почве увеличивается число болезнетворных бактерий и паразитов;
  • растет уровень токсинов в земле;
  • снижается плодородность.

Вот некоторые правила, соблюдая которые можно добиться хорошего результата в урожае:

  • делать перерыв, чтобы участок отдохнул от культуры;
  • использовать компост после уборки урожая;
  • соблюдать субординации между растениями.

Бонусом к севообороту можно получить постоянную борьбу с сорняками.

Важно! При планировании грядок с луком сперва следует учесть, что любой овощ лучше не высаживать на одном месте более трех лет подряд.

По возможности, надо не сажать растение больше 1 раза на одном месте. Дело не в дефиците удобрений, а в том, что молодую поросль могут поразить прошлогодние, перезимовавшие вредители или споры грибка. Спасти такое растение будет проблематично.

Чтобы получить богатый урожай, которого хватило бы надолго, мало посадить хороший сорт. Необходимо учитывать его предшественников. Кстати, после лука можно садить многие растения, его шелуха служит им подкормкой.

Лук любит органическую почву, но часто вносить удобрение под него нежелательно. Другое дело, если в почве до него росли культуры, которые подкармливали перегноем и органикой.

Ниже подробно описано, после чего можно осуществлять посадку лука, также весной и зимой, а какие культуры являются плохими предшественниками.

Лучшие предшественники для посадки

Внимание. Предшественники лука должны высаживаться на солнечном месте. Хоть лук и неприхотлив в уходе, его не следует сажать в почву с повышенной кислотностью и недостатком калия и фосфора. Перед ним лучше сеять такие же быстрорастущие и раносозревающие культуры.

Различают озимую и весеннюю посадку. Урожай зимнего лука можно собирать уже в середине лета, луковицы получаются более крупными, чем у лука, посаженного весной, однако весенний лук лучше хранится зимой и дает более гарантированный урожай.

Ниже представлена таблица с хорошими предшественниками репчатого лука для севооборота (весеннего посева).

Таблица 1.

Хорошие предшественники Допустимые предшественники
Весенний
  • Бобовые.
  • Капуста (кольраби, белокочанная).
  • Баклажан.
  • Кабачок.
  • Тыква.
  • Шпинат.
  • Салат.
  • Перец.
  • Свекла.
  • Томат.

Для зимнего выращивания лука предназначены специальные сорта. Если лук удачно перезимует, то даст урожай не хуже, чем весенний посев. Лучшими предшественниками озимого на грядке (в открытом грунте) являются:

Таблица 2.

Хорошие Допустимые
Озимый
  • Рапс.
  • Горчица.
  • Свекла.
  • Бобовые.
  • Томат.
  • Морковь.
  • Огурец.
  • Капуста.
  • Фасоль.
  • Салат.
  • Редис.
  • Ячмень.

Также, если лук выращивают не на репку, а на перья, то перед ним можно посеять редис или шпинат, а после сбора урожая опять высадить другую культуру.

Его можно перемещать на участки, где производились частые подкормки.

Как уже было сказано выше, после лука можно высаживать практически что угодно, так как он питает почву.

Внимание! Овощи, принадлежащие одному семейству, не должны сменять друг друга в севообороте.

Следом за какими культурами выращивать нельзя?

Не рекомендуют посадку лука после чеснока и подсолнуха, а также после кукурузы. Не стоит сеять культуры, истощающие почву, если в следующем году на этой грядке планируется возделывание лука. Не очень хорошими предшественниками также считаются:

  • картофель;
  • петрушка;
  • пастернак .

Эти растения потребляют много органических веществ, следовательно луку на следующий год их может не хватить.

Не стоит также забывать и про соседство различных овощных культур. Хорошие соседи для лука:

  • огурцы;
  • салат;
  • шпинат;
  • свекла;
  • томаты;
  • редис.

Цветы, особенно бархатцы, посаженные по соседству, станут хорошей защитой, так как они отгоняют луковую муху.

Также рядом с луковой грядкой можно посадить морковь, она тоже отпугивает вредителей, в свою очередь лук не даст завестись на морковных грядках паразитам.

Плохими же соседями являются:

  • редька;
  • брокколи;
  • укроп;
  • репа.

Какие культуры будут хорошими соседями для лука, а какие нет, мы подробно рассказываем здесь.

Важно. Сажать лук после родственных культур или растений с одинаковыми вредителями или болезнями не рекомендуется. Земля истощается, он не получит достаточного количества необходимого питания.

Если грядка использовалась несколько лет, то в почве могут скапливаться споры грибка или личинки вредителей.

Чтобы получить хороший урожай крупных луковиц, достаточно следовать требованиям севооборота, учитывать его предшественников, надлежащим образом подготовить и удобрять почву и выбрать хороший грунт.

Лучший предшественник для лука. Выращивание лука-репки из семян

Лучший предшественник для лука. Выращивание лука-репки из семян

В однолетней культуре лук-репку выращивают преимущественно в южных районах страны в условиях продолжительного периода вегетации. Используют для этого малозачатковые сорта: Стригуновский местный и носовский, Даниловский 301, Мстерский местный, Однолетний хавский 74, Вишенский местный, Бессоновский местный, Каба, Испанский и др.

Для предохранения лука от заражения болезнями и вредителями его размещают в полях севооборота так, чтобы он не возвращался на прежнее место ранее чем через 4-5 лет. Лучшие предшественники лука - томат, картофель, ранняя капуста, огурец, озимая пшеница и рожь, посеянные по чистому или черному пару или после трав. Из технических культур хороший предшественник лука конопля.

Обработка почвы включает зяблевую вспашку, ранневесеннее боронование, на тяжелых почвах - перепашку, а на более легких культивацию с боронованием и прикатыванием для установления капиллярного поднятия почвенной влаги в зону расположения семян.

Посев обычно проводят семенами, намоченными в течение суток в проточной воде с температурой 20-25 °С и просушенными затем до сыпучего состояния. Норма высева семян в зависимости от схем посева и сорта 6-12 кг/га из расчета на семена 1-го класса. Весенний посев семян репчатого лука проводят в самые ранние сроки на плодородной и чистой от сорняков почве. На юге и в южных районах средней полосы семена высевают на ровной поверхности. Применяют одно-, двух- или трехстрочные посевы (45, 8 + 62, 40 + 40 + 60 см). Заделывают семена на относительно тяжелых почвах на глубину 1,5 см, а на легких почвах - на 2-3 см. После посева почву, способную к образованию корки, мульчируют торфом или перегноем слоем 1-2 см с расходом мульчирующего материала 50-60 т/га.

В благоприятных климатических зонах с устойчивым снежным покровом, на легких по механическому составу почвах посев семян можно проводить осенью в такое время, чтобы до замерзания почвы они не проросли, увеличивая норму высева на 20-25% по сравнению с весенним посевом. В зонах с неустойчивой зимой, в частности в Среднеазиатских республиках, семена высевают в феврале (зимний посев) или августе (летний посев). При летнем посеве растения формируют до морозов корневую систему и 3-4 листа. В таком состоянии растения хорошо переносят зиму, а рано весной возобновляют рост.

Высокий урожай лука можно получить, поддерживая влажность почвы в течение периода вегетации до образования луковиц на уровне 80% НВ, а в период формирования - роста луковиц 70% НВ. Полив лучше всего проводить дождеванием нормами 200-300 м3/га. За 20-30 дней до уборки полив прекращают, чтобы обеспечить своевременное созревание лука.

В случае выращивания лука на недостаточно плодородной почве через 12-15 дней после появления всходов применяют подкормки минеральными удобрениями, совмещая их с орошением или с междурядной обработкой. Удобрения вносят культиватором-растениепитателем на глубину 10-20 см. При первой подкормке вносят 50-70 кг/га аммиачной селитры, при выращивании с орошением - 100-150 кг/га, 70-100 кг/га суперфосфата и 30-50 кг/га хлористого калия. Вторую подкормку проводят через 2-3 недели после первой, вносят по 30-50 кг/га аммиачной селитры и суперфосфата и 50-70 кг/га хлористого калия. При хорошем росте листьев во вторую подкормку азотные удобрения не вносят. Урожайность лука-репки из семян в зависимости от агротехники обычно составляет 20-40 т/га.

Предшественники лука репчатого. Лучшие предшественники для лука и чеснока

Невозможно себе представить ежедневное меню любой семьи без острого лука и пряного чеснока. Оба растения не только придают блюдам пикантный вкус, но и помогают противостоять респираторным заболеваниям. Поэтому, как правило, ни один огород не обходится без грядок с этими культурами.

Лук и чеснок являются родственниками. А основное правило севооборота гласит: родственные культуры не могут быть друг для друга ни предшественниками, ни последователями, так как у них одинаковые заболевания, и они подвержены одним и тем же вредителям. Но быть соседями им не возбраняется. Куда важнее определиться после каких культур можно и нужно высаживать лук и чеснок.

Что касается лука, то для него идеальными предшественниками будут те растения, которые в предыдущем сезоне получили значительную подкормку органическими удобрениями. Обычно это представители паслёновых помидоры и баклажаны, кабачки и их сородичи патиссоны, тыквы, белокочанная капуста и кольраби, картофель, салат, шпинат, а также сельдерей. Не советуют высаживать лук после огурцов, моркови, фенхеля, кукурузы и подсолнечника. И совсем не подходят луку такие культуры, как фасоль, горох, репа, редька, редис, брокколи, укроп, петрушка и пастернак. Кстати, сам лук является хорошим предшественником для многих растений, его шелуха служит им отличной подкормкой. При планировании грядок с луком, следует учитывать, что это растение лучше не высаживать на одном месте более трёх-четырёх лет подряд.

А вот для чеснока лучшими предшественниками являются растения с длинной корневой системой. Объясняется это тем, что у чеснока корни неглубокие, и питается он, в основном, из верхних слоёв почвы. Если перед чесноком росла культура с глубокой корневой системой, то такое растение получало питание большей частью из нижних слоёв грунта. Поэтому почва после этого предшественника идеально подойдёт для чеснока. К таким растениям относятся, например, зерновые культуры, за исключением ячменя и овса. Многие из них высаживаются осенью в качестве сидератов. Злаки отлично подготовят грунт перед посадкой чеснока. Также прекрасным «зелёным удобрением» для чеснока является растение семейства бобовых вика.

Хорошими предшественниками для чеснока будут кабачки, патиссоны, тыквы, цветная и белокочанная капуста, бобы, фасоль, горох, и зелень всех видов. Грядки после помидоров, перцев и баклажанов тоже приемлемы. А лучшими предшественниками для чеснока по многочисленным отзывам признаны огурцы и клубника. Категорически запрещается высаживать чеснок после картофеля, свеклы и моркови. Для выращивания корнеплодов необходимо большое количество калия. Поэтому земля после возделывания этих культур будет испытывать недостаток этого элемента, в котором чеснок тоже очень нуждается. Каждые два года чеснок необходимо пересаживать на новое место. Это уменьшает риск заболеваний и атаки вредителей.

Соблюдение правил севооборота увеличит урожайность и иммунитет культур, а также повысит плодородие почвы.

Предшественники овощных культур при посадке таблица. С чего начинать составление севооборота?

Начинать надо с составления плана участка, обозначив, прежде всего, расположение его относительно стран света и нанеся крупные объекты. Не важно, обустроенный у вас участок или его освоение только началось.

Полезно нанести на план не только плодовые деревья, кустарники, расположение гряд с овощами и цветочными растениями, но и схему освещённости по времени суток в зависимости от наличия строений и высоких деревьев.

Одна из важных особенностей сельскохозяйственных культур заключается в том, что различные виды растений потребляют неодинаковое количество элементов питания и соответственно по-разному истощают почву.

Например, картофель и свёкла из 3-х важнейших элементов питания растений (азот, фосфор, калий) извлекают почти одинаково максимальное количество калия, но резко отличаются по потреблению фосфора. Свёкла выносит из почвы в 2 раза больше фосфора, чем картофель. Азота обе культуры потребляют одинаково, но меньше, чем большинство остальных овощей.

Овощные культуры делятся по степени потребления почвенных элементов питания на 3 группы:

1. Растения с высокой потребностью в питательных веществах: картофель, капусты, тыква, шпинат, ревень, сельдерей, спаржа, кабачок.

2. Растения со средней потребностью в питательных веществах: баклажан, огурец, кольраби, хрен, дыня, лук-порей, редька, свёкла, шпинат, вьющаяся фасоль, томат.

3. Растения со слабой потребностью в питательных веществах: кустовая фасоль, горошек, салат, редис, лук, пряные травы.

Следовательно, хозяин участка, стремящийся ввести севооборот, должен составленный план участка разделить на несколько частей, чаще на 3 или 4.
Именно так наша семья поступила перед первыми посадками на освобождённой от осин «целине» в садоводстве «Мшинская». Мы сделали план участка, повесили его на стену и в течение следующих сезонов старались возвращать, скажем, свёклу или морковь на ту же гряду только через 3 года. Самое трудное в начале – это выделить на целине кусок земли с «богатой» почвой.

Предшественники огурцов в теплице. После чего сажать огурцы?

Огурцы культивируются на любой некислой плодородной почве. Под культуру выбираются хорошо освещенные грядки с высоким залеганием поземных вод. Прежде чем сажать данный овощ на грядку, нужно принять во внимание, что здесь произрастало ранее.

Итак, после каких овощей смело можно высаживать огурчики?

  • Все виды капусты (красная, белокочанная, цветная, кольраби, брокколи) – идеальный вариант культуры-предшественника. Они относятся к совершенно другой группе растений – к крестоцветным, поэтому огурцам не оставят после себя вредной среды. Даже наоборот – поспособствуют рыхлению почвы. После ранних сортов капусты можно успеть занять грядку под огурцы еще в текущем сезоне.
  • Бобовые и горох имеют особенность образовывать на клубнях азотфиксирующие бактерии. Это улучшает почву на грядке, делая ее для последующих культур более плодородной.
  • Пасленовые растения благодаря своим бактерицидным свойствам способны обеззаразить почву, на которой растут. Поэтому вы ничем не рискуете, высаживая огурцы после помидоров и перца, – но только в том случае, если культуры-предшественники сами в прошедшем сезоне не болели.
  • Хорошим вариантом считаются грядки из-под лука, особенно если он выращивался из севка. Вообще данный овощ является хорошим предшественником для всех культур, кроме самого себя (и чеснока).

Многие огородники при чередовании овощных растений следуют принципу: «в этом году – корешки, в следующем – вершки». Так, огурцы можно смело высаживать после клубнеплодов (картофеля) и корнеплодов (свеклы, моркови). Их подземные части развивались на глубине ниже той, которая необходима для корневой системы огурцов, поэтому верхний слой почвы не истощается.

Как пример севооборота одной грядки можно привести такую схему:

  • 1-й год – картофель;
  • 2-й год – капуста;
  • 3-й год – огурцы;
  • 4-й год – лук.

Затем чередование можно повторить либо после сбора лука высадить на данной грядке уже другую культуру, начав новый севооборот. Для огурцов же подобрать место на иной грядке с учетом приведенных выше благоприятных предшественников.

Лучшие предшественники петрушки. Основные правила выращивания петрушки (корневой и листовой)

Петрушка морозоустойчива (даже всходы). Петрушка влаголюбива. Петрушка светолюбива (но может переносить полутень). Корневая петрушка не терпит загущенности.

Хорошими предшественники для петрушки могут быть огурец, томат, лук. Не следует садит ее после моркови, петрушки, сельдерея.

В идеале, грядку под петрушку начинают готовить ранней весной. На выбранном участке на 1 кв.м. вносят 0,5 ведра перегноя (или компоста), 0,3 ведра речного крупнозернистого песка, 1 столовую ложку суперфосфата. Почву выравнивают и поливают.

Высевают семена на глубину 0,5-1 см, с междурядьем 20-30 см. Петрушка очень светолюбива. Очень плохо переносит полутень.

Петрушка прорастает очень медленно и для успешного прорастания семян необходима постоянно влажная почва. С поливом весной на даче у нас проблемы. Поэтому сеем мы петрушку рано, в конце марта, начале апреля, как только сойдет снег и протряхнет земля (для прорастания семенам достаточно будет +2-+50С). Можно посадить и позже, перед началом мая. Для этого необходимо замочить семена в теплой воде на сутки, и перед посевом пролить лунки (бороздки) водой. Тогда вы получите дружные всходы уже через неделю, а не через 2-3 недели, как в первом случае.

корень листовой петрушка (слева) и корневой (справа)

Садим сразу как листовую, так и корневую петрушку. Корень используем как незаменимая пряность при варке любых бульонов (вкус бульона будет неповторимым) и как очень эффективное очищающее средство для почек (корень петрушки вываривается 10 минут, настаивается и принимается по 100 грамм три раза в день). Листовую петрушку срезаем по мере надобности, а со второй половины лета — для заготовки на зиму (зелень моется, сушится и морозится).

При выращивании петрушки не забывайте о регулярном поливе (петрушка очень влаголюбива), борьбе с сорняками, рыхлении почвы. А также о прореживании, особенно для корневой – при загущенных посевах корнеплоды вырастут мелкими. Поэтому при прореживании всходов корневой петрушки, расстояние между корнеплодами должно быть не меньше 5 см. А при прореживании листовой достаточно и 2-3 см.

листовая петрушка

Неплохо один-два раза за сезон подкормить ее азотными удобрениями (5 гр селитры на 1 кв. м). Корневую петрушку так же подкармливают комплексными удобрениями.

Хорошие результаты на наш взгляд дает удобрение фирмы ROST (концентрат или универсал). Это удобрение на основе гумата калия. В сравнении с обычными органо-минеральными удобрениями, ROST содержит высокую концентрацию гумата калия, NPK, микроэлементов, обладает фунгицидной активностью.

Раствор коровяка дает не хуже эффект, чем удобрения ROST. Но согласитесь, коровяк не у всех и не всегда есть под рукой. Куда проще добавить 20 грамм ROSTа на ведро воды и не мучатся с поисками коровяка.

кучерявая петрушка

В жаркую погоду рост растений замедляется, листья грубеют. Но при этом усиливается накопление эфирных масел – листья и корнеплоды становятся более ароматными.

Корневую петрушку выкапываем в сентябре-октябре, обрезаем листья, даем пол дня подсохнуть под открытым небом, хорошо если при этом корнеплоды получат порцию ультрафиолета. Затем закладываем на хранение. Хранят как морковь – часть в холодильнике, остальное в погребе, пересыпанную песком, торфом или опилками. Часть корнеплодов обычно оставляем в земле, чтобы сразу из-под снега получить свежую зелень на следующий год. Петрушка легко зимует в открытом грунте, практически не вымерзает. Можно засыпать посадки тонким слоем (3–5 см) опавших листьев, тогда по весне она быстрее «проснется».

Зимой мелкие корнеплоды петрушки можно использовать для выгонки зелени (см. раздел о выращивании овощей в квартире на подоконнике).

Биосинтез предшественников вкуса лука и чеснока | Журнал экспериментальной ботаники

Аннотация

Лук ( Allium cepa ), чеснок ( A. sativum ) и другие виды Allium важны из-за кулинарной ценности их вкуса и запаха. Они характерны для каждого вида и создаются путем химического превращения ряда летучих соединений серы, образующихся при расщеплении относительно стабильных, без запаха, S -алк (эн) илцистеинсульфоксидных предшественников ароматизатора ферментами аллииназой и синтазой слезоточивого фактора. .Эти вторичные метаболиты представляют собой S -метилцистеинсульфоксид (MCSO, метиин; присутствует в большинстве Allium s, некоторые Brassicaceae), S -аллилсульфоксид цистеина (ACSO, аллиин; характерен для чеснока), S - транс--проп-1-енилцистеинсульфоксид (PECSO, изоаллиин; характерен для лука) и S -пропилсульфоксид цистеина (PCSO, пропиин; в луке и родственных ему видах). Информация, полученная в результате исследований трансформации предполагаемых промежуточных продуктов биосинтеза, радиоактивных меток и измерений соединений серы в луке и чесноке, предоставила информацию, позволяющую предположить путь биосинтеза.Это может включать алк (ен) илилирование цистеина в глутатион с последующим расщеплением и окислением с образованием предшественников ароматизатора сульфоксида алк (ен) ил цистеина. Также есть свидетельства того, что синтез предшественников ароматизаторов может включать (тио) алк (ен) илилирование цистеина или предшественника, такого как O -ацетилсерин. Оба пути могут происходить в зависимости от физиологического состояния ткани. Существуют признаки того, что влияние факторов окружающей среды, таких как доступность серы, указывает на то, что контроль биосинтеза каждого предшественника ароматизатора может быть разным.Метаболизм цистеина и глутатиона обсуждается, чтобы указать на параллели с биосинтезом предшественника вкуса Allium . Наконец, предлагаются возможные пути разведки для определения происхождения in planta алк (ен) ильных групп.

Введение

Allium s - большой род, содержащий около 700 видов, включая экономически важные овощи и цветущие декоративные растения, а также дикие виды из Европы, Азии и Америки (Fenwick and Hanley, 1985).Их вкус и запах легко узнаваемы в овощах, таких как Allium cepa L. (лук), Allium sativum L. (чеснок), Allium porrum L. (лук-порей), Allium schoenoprasum L. (зеленый лук). , и Allium fistulosum L. (пучковый или валлийский лук). Многие другие представители этого рода выращиваются из-за декоративной ценности своих цветов. Большинство из них растут как двухлетние, давая в конце первого вегетационного периода луковицу для подземного хранения, которая цветет в следующем.Многие дают семена, хотя чеснок обычно не дает. Все они не имеют запаха до тех пор, пока ткань не будет повреждена, после чего все они вырабатывают летучие и реактивные серосодержащие химические вещества, которые вызывают их наиболее известную характеристику.

Природа и происхождение этих ароматических соединений, особенно в луке и чесноке, изучаются с 1940-х годов. Вскоре стало очевидно, что при повреждении растительной ткани сравнительно стабильные предшественники аромата расщепляются с образованием ряда летучих соединений серы, которые претерпевают дальнейшие химические превращения в паровой фазе.Были проведены обширные исследования и обзоры этих газообразных химикатов (Whitaker, 1976; Block, 1992), и они не будут здесь подробно обсуждаться. Вместо этого этот обзор будет сосредоточен на текущих знаниях о биосинтезе предшественников ароматизаторов, сульфоксидов (+) - S -алк (ен) илцистеина (CSO) и их родственников γ-глутамилпептида (γGP). Хотя биосинтетический путь был опубликован (Granroth, 1970; Lancaster and Shaw, 1989), все еще существует значительная неопределенность в отношении нескольких стадий, взаимосвязи между CSO и γGP и того, следует ли один и тот же путь во всех тканях.

Исследования сосредоточены вокруг роли γGP в пути биосинтеза и происхождения алк (ен) ильных заместителей цистеина. Также был значительный интерес к тому, является ли синтез соединений взаимосвязанным и как он регулируется. О некоторых аспектах, таких как стадия окисления, необходимая для образования сульфоксида, известно очень мало. Имеется некоторая информация о субклеточном расположении биосинтеза аромата и о перемещении предшественников аромата и γGP во время развития растений.После перечисления предшественников аромата, которые были идентифицированы в Allium s, в этом обзоре будет кратко описаны аналогичные соединения, которые были обнаружены в других растениях, предполагая, что этот путь биосинтеза может быть одним из примеров более широко распространенного вторичного метаболического пути. За этим последует набросок доказательств использования γGP в качестве промежуточных продуктов в биосинтезе предшественника вкуса Allium и источника S -алк (ен) ильных групп предшественников.Также будут рассмотрены исследования влияния факторов окружающей среды на биосинтез предшественников аромата. Наконец, будет рассмотрена информация о биосинтезе цистеина, реакциях, в которых участвует глутатион, и источниках алкильных доноров в других растениях, поскольку это основные пути, которые имеют параллели с биосинтезом предшественника ароматизатора Allium .

Биосинтетические пути, предложенные для предшественников ароматизатора Allium , основаны главным образом на химическом анализе и исследованиях радиоактивных индикаторов.Большинство ферментативных активностей, которые потребуются для предложенных этапов биосинтеза, происходят из больших семейств белков, где in vivo тканевая, онтогенетическая и субстратная специфичность большинства членов еще предстоит установить. Применение молекулярно-генетических методов и трансформации растений позволило понять многие аспекты метаболизма растений, и в будущем эти подходы могут открыть новые возможности для улучшения знаний об этой группе вторичных метаболитов, имеющих экономическое, медицинское и кулинарное значение.

Прекурсоры ароматизатора

Allium s

Четыре нелетучих CSO без запаха (таблица 1) являются предшественниками аромата и запаха Allium s. Это S -метилцистеинсульфоксид (MCSO, метиин; присутствует в большинстве Allium s, некоторые Brassicaceae), S -аллилсульфоксид цистеина (ACSO, аллиин; характерен для чеснока), S - транс - транс -проп-1-енилцистеинсульфоксид (PeCSO, изоаллиин; характерен для лука) и S -сульфоксид-пропилцистеина (PCSO, пропиин; в луке и родственных ему видах).Фермент аллииназа (EC 4.4.1.4) расщепляет эти предшественники с образованием пирувата, аммиака и тиосульфината. Последний подвергается дальнейшим реакциям, так что запах Allium s со временем меняется (Whitaker, 1976). Разложение наиболее широко распространенного из этих предшественников вкуса, MCSO, дает запахи, которые обычно описываются как «капустный» или «свежий лук», в то время как легко различимый запах чеснока происходит аналогичным образом от ACSO. Слезотечение, характерное для лука, вызвано летучим продуктом - пропантиалом S -оксидом (Brodnitz and Pascale, 1971).До недавнего времени считалось, что он образуется спонтанно из тиосульфинатных продуктов реакции аллииназы. Однако он генерируется активностью второго фермента, синтазы слезоточивого фактора, вслед за действием аллииназы на PeCSO, главный предшественник вкуса лука (Imai et al. , 2002). Четвертый предшественник ароматизатора, PCSO, также содержится в луке, а также в нескольких других Allium s. Хотя есть сообщения о появлении других сульфоксидов (+) - S -алк (en) илцистеина в составе Allium s, несколько (например,грамм. 1-оксид 5-метил-1,4-тиазан-3-карбоновой кислоты (циклоаллиин) (Whitaker, 1976), вероятно, образуется в результате химического превращения во время аналитических процедур, а не синтезируется in vivo . Другие, например (+) - S -этилцистеинсульфоксид (Kubec et al. , 2000), являются лишь незначительными составляющими или не обнаруживаются большинством рабочих. Тем не менее, есть несколько сообщений о других сульфоксидах алк (ен) илцистеина в качестве основных предшественников ароматизаторов в декоративных Allium s, таких как S -метилтиометилцистеин-4-оксид (маразмин) в Tulbaghia violacea Harv.(чеснок общества) (Kubec et al. , 2002 a ) и S -бутилсульфоксид цистеина в Allium siculum Ucria. (медовый чеснок) (Кубец и др. , 2002 b ).

Помимо CSO, несколько производных γ-глутамилпептида (γGP) этих ароматических соединений были обнаружены в пределах Allium s (Whitaker, 1976). Выделено более 17 типов (Granroth, 1970), включая γ-глутамил- S -алк (ен) илглутатионы, γ-глутамил- S -алк (ен) илцистеины и γ-глутамил- S . -алк (ен) илцистеинсульфоксиды, все из которых предположительно являются производными глутатиона (γ-глутамилцистеинилглицин).Хотя кажется, что они не вносят непосредственного вклада в аромат, в настоящее время считается, что они являются промежуточными звеньями в биосинтезе, а также могут действовать как запасы азота и серы. Их роль в пути биосинтеза будет обсуждаться ниже.

Allium запах других видов

Растения производят очень большое количество низкомолекулярных соединений, традиционно называемых вторичными метаболитами, выполняющими ключевые функции, включая воспроизводство, защиту, патогенность, устойчивость к стрессу и хранение ресурсов.Биосинтетические пути большинства вторичных метаболитов не описаны подробно, и многие из них, очевидно, сложны (Wittstock and Halkier, 2002). Предположение, что 15-25% генома каждого растения посвящено вторичному метаболизму, является еще одним показателем его важности (Pichersky and Gang, 2000). Таким образом, одна из проблем при изучении вторичного метаболизма состоит в том, чтобы выяснить, какие аспекты синтеза, хранения, функции и деградации конкретного вторичного метаболита разделяют пути, параллельные первичному метаболизму и общие для разных родов, а какие уникальны. к виду или роду.

Области метаболизма, которые участвуют в биосинтезе предшественников вкусовых добавок Allium s, а именно метаболизм цистеина и глутатиона, являются теми, которые имеют решающее значение в таких важных процессах, как поглощение серы растениями, окислительно-восстановительный гомеостаз и детоксикация ксенобиотиков. . Ароматические соединения Allium s могут быть там, где эта способность была использована для производства новых вторичных метаболитов, и поэтому они особенно интересны как пример группы вторичных метаболитов, которые не отличаются от нескольких первичных метаболитов.

Характерный запах Allium был обнаружен у растений двудольных родов, а также у грибов. В нескольких случаях химический анализ идентифицировал соединения, которые похожи на предшественники ароматизатора Allium s, что позволяет предположить, что они могут быть одним из наиболее хорошо изученных и используемых примеров более широко распространенной вторичной метаболической активности. MCSO присутствует у представителей семейства Brassicaceae. Он обнаружен у всех Brassica oleracea L.овощи, такие как капуста, брокколи и цветная капуста (Stoewsand, 1995) и род Raphanus L., а также модельное растение Arabidopsis thaliana Heynh. (Кубец и др. , 2001).

Соединения, относящиеся к предшественникам ароматизатора Allium , также были обнаружены в нескольких тропических растениях. Запах чеснока исходит от листьев и особенно корней Petiveria alliacea L. (семейство Phytolaccaceae; анаму, чесночный сорняк), многолетнего кустарника, произрастающего в тропических лесах Амазонки и других тропических регионах.Соединение S сульфоксид -бензилцистеина было выделено из свежих корней этого растения (Kubec and Musah, 2001). Дерево Scorodocarpus borneensis Becc. (семейство Olacaceae; синду, древесный чеснок), растет в Малайзии и на Борнео, а также издает сильный запах чеснока при повреждении. Аминокислотные производные S -метилтиометилцистеин-4-оксид и S -метилтиометилцистеин были выделены из его плодов на уровнях, аналогичных MCSO в Brassica sp.(Кубота и др. , 1998). Они могут быть расщеплены лиазой сульфоксида цистеина брокколи (C-S-лиаза) с образованием пирувата и летучих соединений серы с запахом чеснока. Интересно, что маразмин и γ-глутамил-маразмин были впервые выделены из плодовых тел нескольких видов базидиомицетов ( Marasmius alliaceus (Jacq. Ex Fr.) Fr., M. scorodonius Fr. и M. prasiosmus). Fr.), которые при измельчении приобретают сильный запах чеснока (Gmelin et al., 1976), а маразмин также был идентифицирован в одном из видов: Allium , Tulbaghia violacea , хотя конфигурация сульфоксидной группы была иной у базидиомицетов (Kubec et al. , 2002 a ).

Присутствие S -метилцистеина и γ-глутамилметилцистеина, но не их сульфоксидов, было отмечено у видов Fabaceae (Ellis and Salt, 2003), включая представителей Phaseolus L. и Vigna. Сави.родов, а также Melilotus indicus L. Эти роды могут использовать S -метилцистеин для транспортировки восстановленной серы и γ-глутамилметилцистеин для хранения серы в семенах, поскольку их протеины семян содержат мало серосодержащих аминокислот. Гипераккумулятор селена Astragalus bisulcatus A. Грей производит селеновый аналог S -метилцистеина для предотвращения неспецифического включения селеноцистеина в белки или превращения в селенометионин, тем самым обеспечивая устойчивость растений к селену.В семенах накапливается γ-глутамилметилселеноцистеин.

Allium Геномы

Геномы в пределах Allium s особенно велики. Оценки количества 2C ДНК на геном у 75 видов Allium () варьировались от 16,93 до 63,57 пг (Ohri and Pistrick, 2001). И лук, и чеснок диплоидны (2 n = 16). Ядерный геном лука оценивается примерно в 15 290 Мбит / с на 1С, из которых не более 6% - это однокопия ДНК, и чеснок имеет аналогичный размер ( c .15 901 Мбит / с). Содержание GC в ДНК лука составляет 32%, что является одним из самых низких значений для любого покрытосеменного, но в кодирующих областях оно выше, примерно равное Arabidopsis thaliana (Kuhl et al. , 2004). Цитогенетических доказательств полиплоидного происхождения нет, а молекулярные исследования геномов Allium ограничены. В одном исследовании генетическая карта лука с низкой плотностью со 116 маркерами, основанная в первую очередь на полиморфизмах длины рестрикционных фрагментов (King et al. , 1998), показала, что дублированные локусы присутствуют чаще, чем можно было бы ожидать для диплоида.Среди дублированных генов, идентифицированных и картированных Кингом и сотрудниками, были аллииназа и глутатион-S -трансфераза, а также члены других семейств генов. McCallum et al. (2002) недавно клонировали луковые гомологи ключевых генов в пути ассимиляции серы, и недавно стал доступен набор из более чем 10 000 тегов последовательности, экспрессируемых луком (Kuhl et al. , 2004). Хотя определения могут быть сделаны на основе общих мотивов, в настоящее время невозможно определить точную функцию большинства членов семейств генов без индивидуального биохимического и молекулярно-биологического исследования.Таким образом, применение информации, полученной от других растений, для биосинтеза предшественников ароматизатора Allium может быть полезным, но потребует подтверждения в течение Allium s.

Роль ароматических соединений в

Allium s

Один из самых интригующих вопросов об ароматических соединениях - их роль в Allium s. Уровни небелковых производных цистеина и глутатиона составляют 1–5% от сухого веса (Lancaster and Kelly, 1983), что указывает на то, что это основная биосинтетическая активность в растении.Две роли, которые были приписаны, заключаются в защите от вредителей и хищников, особенно в зимующей луковице, и в хранении и транспортировке углерода, азота и серы (Lancaster and Boland, 1990). Было проведено обширное исследование антимикробных свойств экстракта Allium in vitro , рассмотренного Анкри и Мирельманом (1999), но существует меньше примеров in vivo , особенно исследований, посвященных тому, как ароматические соединения передают преимущество луку . с.Устойчивость к болезням не была приоритетом при селекции современных коммерческих сортов лука, поэтому трудно оценить влияние вкусовых соединений (Б. Смит, личное сообщение). В целом, как сообщается, лук с мягким вкусом хуже хранится.

Однако несколько видов насекомых и грибов приобрели специальные взаимодействия с Allium s, где летучие ароматические вещества являются аттрактантами для специализированных питателей и патогенов. Полевые эксперименты на Sclerotium cepivorum Berk.возбудитель белой гнили, одного из наиболее экономически значимых грибковых заболеваний лука и чеснока, показал сильную зависимость от присутствия летучих ароматизаторов для прорастания склероций (Coley-Smith, 1986). Точно так же луковая моль Acrolepiopsis Assectella Zeller и луковая муха Delia antiqua Meigen привлекаются к своим соответствующим растениям-хозяевам летучими ароматическими веществами (Romeis et al. , 2003). В случае белой гнили нет действительно устойчивых сортов лука, и экспериментальное заражение может быть затруднено.Частично эта изменчивость может быть связана с луком, но также с условиями окружающей среды и грибком (Earnshaw et al. , 2000).

Одно интересное наблюдение о роли предшественников аромата было получено в эксперименте Паркина и Томаса (1996) по влиянию элиситоров на уровни предшественников аромата при дифференциации культур каллуса лука. Элиситоры, являющиеся фрагментами патогенов растений, тканями растений или сигнальными молекулами, могут запускать продукцию защитных соединений при их представлении в тканевых культурах (Collin, 2001).В их экспериментах фрагменты клеточной стенки лука и грибов, а также сигнальная молекула салициловой кислоты подавляли выработку предшественников аромата. Это противоположно тому, что можно было бы ожидать, если ароматические соединения участвуют в защите растений.

Биосинтез предшественников ароматизаторов

Allium s

Исследование биосинтеза ароматических соединений Allium началось с открытия Столлом и Зеебеком (1947) того факта, что ACSO присутствует в тканях чеснока в качестве стабильного источника диаллилтиосульфината (аллицина), основного летучего ароматизатора.Они продемонстрировали, что для превращения ACSO в аллицин требуется фермент аллииназа. Еще два производных сульфоксида цистеина, MCSO и PCSO, были идентифицированы в луке Виртаненом и Матиккала (1959), а четвертый сульфоксид цистеина, PeCSO, вскоре был идентифицирован в луке (Virtanen and Spåre, 1961). Также стало очевидно, что Allium s содержат значительные количества γ-глутамилпроизводных этих соединений (обзор в Whitaker, 1976).

Ланкастер и его коллеги предложили путь (Lancaster and Shaw, 1989; Lancaster et al., 1989; Randle et al. , 1995), требуя γGP в качестве промежуточных продуктов, что стало принято в качестве биосинтетического пути (Block, 1992; Prince et al. , 1997). Путь основан, главным образом, на исследованиях радиоактивной метки и анализе тканей Allium . Он предполагает (рис. 1A), что биосинтез предшественников ароматизаторов в Allium s происходит через S -алк (эн) илилирование цистеина в глутатион с последующей транспептидацией для удаления глицильной группы, окислением до сульфоксида цистеина. и, наконец, удаление глутамильной группы с образованием CSO.Этот путь имеет параллели с деградацией глутатиона (Leustek et al. , 2000), что будет обсуждаться позже. Альтернативный путь биосинтеза (рис. 1B) исключает глутатион в пользу прямого алк (ен) илилирования цистеина или тиоалк (ен) илилирования O- ацетилсерина с последующим окислением до сульфоксида. Это также имеет параллели в производстве нескольких вторичных метаболитов, опосредованных цистеинсинтазой (CS, EC 4.2.99.8, также известной как O -ацетилсеринтиоллиаза) (Ikegami and Murakoshi, 1994).В обоих путях были подробно изучены некоторые из предложенных биосинтетических ферментов из Allium s, и их роль была выведена из других систем. Относительный вклад обоих путей во всех тканях и на протяжении всей истории жизни также неясен, и источник алк (ен) ильных групп еще предстоит выяснить.

Рис. 1.

Два предложенных пути синтеза предшественников ароматизатора Allium , показанные для синтеза сульфоксида метилцистеина.Предполагается, что биосинтез других предшественников протекает аналогично, но с участием другого донора алк (ен) ила. (адаптировано из Granroth, 1970; Lancaster and Shaw, 1989). Путь A (слева) иллюстрирует участие глутатиона, который метилируется, а затем за счет потери глицина, окисления и, наконец, потери γ-глутамильной группы, превращающейся в метилцистеинсульфоксид. Путь B показывает альтернативный путь через прямое метилирование O -ацетилсерина с образованием метилцистеинсульфоксида.

Рис. 1.

Два предложенных пути синтеза предшественников ароматизатора Allium , показанные для синтеза сульфоксида метилцистеина. Предполагается, что биосинтез других предшественников протекает аналогично, но с участием другого донора алк (ен) ила. (адаптировано из Granroth, 1970; Lancaster and Shaw, 1989). Путь A (слева) иллюстрирует участие глутатиона, который метилируется, а затем за счет потери глицина, окисления и, наконец, потери γ-глутамильной группы, превращающейся в метилцистеинсульфоксид.Путь B показывает альтернативный путь через прямое метилирование O -ацетилсерина с образованием метилцистеинсульфоксида.

Одна техническая проблема в экспериментах с использованием поврежденных тканей Allium , таких как разрезанные листья или сегменты луковиц, заключается в том, что аллииназа высвобождается и может расщеплять вновь образованные предшественники аромата. Кроме того, пептидазы и γ-глутамилтранспептидазы (EC 2.3.2.2) присутствуют в тканях лука и чеснока (Lancaster and Shaw, 1991; Ceci et al., 1992; Hanum et al. , 1995), предоставляя дополнительные возможности для обмена между биосинтетическими промежуточными продуктами предшественников ароматизаторов. Это может объяснить некоторые расхождения в результатах между разными исследовательскими группами. Некоторые исследования пытались избежать повреждения тканей, отслеживая поступление 35 S-сульфата в корни проростков или прорастающих луковиц. Другая стратегия использует культуру ткани, где тонкая кутикула позволяла вводить потенциальные биосинтетические промежуточные продукты в неповрежденные, но недифференцированные клетки.

Роль γ-глутамилпептидов в биосинтезе предшественника ароматизатора

Allium

Lancaster and Shaw (1989) исследовали биосинтетические отношения между γGP и CSO, проследив судьбу короткого импульса 35 S-сульфата в листьях, вырезанных из проростков лука, прорастающих зубчиков чеснока и луковиц декоративного Allium siculum. . Это исследование легло в основу предположения, что γGP являются промежуточными продуктами биосинтеза CSO.Глутатион, γ-глутамилцистеин, γ-глутамилпропенилцистеинсульфоксид, метилглутатион и S -2-карбоксипропилглутатион, наряду с несколькими неидентифицированными соединениями, были помечены в течение первых 15 минут, в то время как для радиоактивной метки потребовалось 6 часов. появляются в ОГО. Хотя на протяжении всего эксперимента в глутатионе было обнаружено некоторое количество 35 S, радиоактивная метка не была обнаружена в γGP после первого дня. В листьях лука MCSO вела себя иначе, чем PeCSO и PCSO, в том смысле, что количество метки оставалось неизменным при измерениях, проведенных через 7 дней, тогда как в PeCSO количество меток увеличилось к этому времени в 8 раз, а в PCSO - в 5 раз. 35 S-меченный S -2-карбоксипропилглутатион был обнаружен в луке и чесноке, но не в A. siculum .

Таким образом, импульс радиоактивной серы был включен сначала в глутатион и γGP, а затем в CSO. Появление меченного радиоактивным изотопом сульфата в глутатионе не является неожиданным, поскольку сульфат ассимилируется в цистеин, и было подсчитано, что одна треть этого количества немедленно направляется в реакции цикла глутатиона. Хотя MCSO присутствует в луке и чесноке, он был основным предшественником вкуса, обнаруженным в A.siculum Ланкастера и Шоу (1989). Присутствие меченого S -2-карбоксипропилглутатиона в луке и чесноке, но не A. siculum , позволяет предположить, что он является промежуточным звеном в биосинтезе аллильной, пропенильной и пропильной групп CSO (рис. 2), в согласии с Гранротом (1970). Аналогичное исследование (Эдвардс и др. , 1994) с использованием интактных наборов прорастающего лука показало, что характер включения отличался в неповрежденных тканях, при этом большая часть радиоактивности происходила в CSO с небольшим указанием на то, что метка была в γGP. до входа во фракцию CSO.Различия, наблюдаемые в ходе этих двух исследований, могут быть вызваны метаболическими различиями между интактными растениями и отделившимися стареющими листьями. Эти эксперименты, тем не менее, предоставили убедительный путь биосинтеза и объяснение взаимосвязи между несколькими соединениями серы, обнаруженными в Allium s. Однако биосинтез в разных тканях и состояниях развития, происхождение алк (ен) ильных групп, а также взаимосвязь между CSO и γGP требуют дальнейшего изучения.

Рис. 2.

Предлагаемый путь биосинтеза аллильных, пропенильных и пропильных групп предшественников ароматизатора Allium (адаптировано из Granroth, 1970; Lancaster and Shaw, 1989). Показанный путь демонстрирует, как метакрилат может быть преобразован в аллильную, пропильную или пропенильную группу. Другие промежуточные продукты в биосинтезе предшественников ароматизаторов не показаны.

Рис. 2.

Предлагаемый путь биосинтеза аллильных, пропенильных и пропильных групп предшественников ароматизатора Allium (адаптировано из Granroth, 1970; Lancaster and Shaw, 1989).Показанный путь демонстрирует, как метакрилат может быть преобразован в аллильную, пропильную или пропенильную группу. Другие промежуточные продукты в биосинтезе предшественников ароматизаторов не показаны.

Происхождение заместителей алк (ен) ила

Цистеин, как известно, химически реагирует с метакриловой кислотой с образованием S -2-карбоксипропилцистеина, обеспечивая таким образом путь к алк (ен) ильным группам в ACSO, PeCSO и PCSO. Гранрот (1970) уже показал, что 14 C-валин дает радиоактивно меченную метакриловую кислоту, которая может реагировать с глутатионом с образованием S -2-карбоксипропилглутатиона. In vivo , метакрилил-КоА является промежуточным звеном катаболизма валина (Zolman et al. , 2001), обеспечивая источник этого материала внутри клетки. На основании этих данных было сделано предположение, что все алк (ен) ильные боковые цепи в CSO (кроме метильной) были образованы из S -2-карбоксипропильной группы посредством декарбоксилирования и восстановления, как показано на рис. 2. В качестве дополнительных доказательств для этого маршрута in vivo , как Granroth (1970), так и Suzuki et al. (1962) идентифицировал включение 14 C-валина в S -2-карбоксипропилцистеин и S -2-карбоксипропилглутатион.Кроме того, Гранрот (1970) подтвердил, что лук может гидролизовать S -2-карбоксипропилглутатион и что в ткани листьев лука S -2-карбоксипропилцистеин быстро превращается в PeCSO, хотя и без включения радиоактивной метки в S. -2-карбоксипропилглутатион.

Эксперименты для определения способности лука превращать S -2-карбоксипропилцистеин в PeCSO были также проведены Парри и его коллегами. Мечение атома серы и пропильной группы в S -2-карбоксипропилцистеине показало, что луковые растения превращали его в PeCSO без значительных изменений (Parry and Sood, 1989).Эти эксперименты также предоставили информацию об окислительном декарбоксилировании S -2-карбоксипропилцистеина. Тритий в C-2 карбоксипропильной группы оставался в PeCSO, в то время как тритий в C-3 терялся. Это указывает на то, что производное 3-кето- S -2-карбоксипропилцистеина не является промежуточным продуктом в реакции декарбоксилирования. Последующие эксперименты, в которых S -2-карбоксипропилцистеин стереоспецифически тритировали по C-3, доказали, что конфигурация реакции была такой же, как и при декарбоксилировании, связанном с биосинтезом порфирина и терминального алкена у растений (Parry and Lii, 1991).

Есть признаки того, что включение серы в CSO и окисление до сульфоксида осуществляется ферментами с широкой субстратной специфичностью. Биосинтез цистеина путем добавления серы к O -ацетилсерину требует членов семейства цистеинсинтаз, некоторые члены которого, как известно, играют роль во вторичном метаболизме (Ikegami and Murakoshi, 1994). Хотя цистеин может быть алк (ен) илилирован в составе трипептида глутатиона, есть убедительные доказательства того, что это также может происходить во время синтеза одной аминокислоты.Инкубация листьев лука или чеснока с 14 C-серином и рядом тиолов (включая этантиол, бензолметантиол и 2-тиоэтанол) приводила к синтезу соответствующих замещенных цистеинов с радиоактивной меткой (Granroth, 1970). В целом согласны с этой работой, эксперименты Turnbull et al. (1981) показал, что проникновение 14 C-серина и 14 C-цистеина в прорастающие листья лука привело к включению радиоактивности как в MCSO, так и в PeCSO.Добавление серина и либо 2-пропентиола, либо этантиола к культурам корня лука привело к синтезу ACSO и S -этил CSO (Prince et al. , 1997), ни один из которых обычно не синтезируется луком. Однако наблюдение, что доставка меченного радиоактивным изотопом цистеина в ткань лука (Granroth, 1970) всегда приводила к быстрому образованию PeCSO, предполагает, что это происходит непосредственно из цистеина. Если бы перенос тиоалкила на O -ацетилсерин был единственным источником биосинтеза CSO, то маловероятно, что радиоактивные метки попадут в CSO из цистеина.

Доказательства общей природы стадии окисления получены из нескольких исследований, которые демонстрируют окисление экзогенных S -алк (ен) илцистеинов до соответствующего сульфоксида. Гранрот (1970) показал, что S -метилцистеин, S -этилцистеин, S -пропилцистеин и S -пропенилцистеин могут быть окислены до соответствующего сульфоксида тканью лукового листа. Более поздние эксперименты подтверждают этот вывод. Например, ткани лука, чеснока и лука-пучка были способны преобразовывать S -аллилцистеин в ACSO, даже если эти виды не продуцируют ACSO (Ohsumi et al., 1993), с указанием того, что окисление опосредовано стереоспецифическим ферментом. Оксидаза, предложенная Ланкастером и Шоу (1989) для действия на γ-глутамил- S -алк (ен) илцистеины, может, следовательно, также распознавать S -алк (ен) илцистеины.

Контроль биосинтеза предшественников ароматизаторов: биосинтез в культуре тканей

Путь биосинтеза предшественников ароматизаторов в луке и чесноке, по-видимому, не ограничен определенной тканью или типом клеток.Синтез вторичных метаболитов недифференцированными клетками во многих культурах растительных клеток или тканей обычно намного ниже, чем в интактном растении, но изменение условий роста может стимулировать значительное увеличение урожайности (Collin, 2001). Таким образом, исследования с использованием культур тканей лука и чеснока могут дать представление о том, может ли добавление каких-либо предлагаемых биосинтетических промежуточных продуктов стимулировать этапы биосинтеза CSO. Все исследования показывают, что аллииназа присутствует в культурах тканей лука (Davey et al., 1974), но основные предшественники аромата отсутствуют или присутствуют только в небольших количествах в недифференцированной каллусе. Недифференцированные бесцветные каллусы лука и чеснока содержали менее 10% от уровня предшественников аромата в луковицах и почти полностью содержали MCSO (Селби и др. , 1979; Ланкастер и др. , 1988). Следовые количества PeCSO могут быть обнаружены в каллусе лука после инкубации с 14 C-цистеином или серином (Turnbull et al. , 1981), что указывает на то, что этот путь биосинтеза был активен только в очень ограниченной степени.Имеются сообщения о низких уровнях ACSO и PCSO в недифференцированном каллусе чеснока (Madhavi et al. , 1991), а также о PCSO и PeCSO в каллусе лука-чеснока (Mellouki et al. , 1996), что позволяет предположить, что Allium виды в культуре ткани могут различаться по биосинтетической способности.

Синтез полного спектра предшественников аромата может возобновиться, если каллусам будет позволено повторно дифференцироваться или восстановить способность к фототрофному метаболизму. Как только каллус чеснока снова дифференцировался в зеленые побеги или корни (Lancaster et al., 1988), ткани содержали ACSO, MCSO и PCSO на уровнях, сопоставимых с интактными растениями. Возобновление синтеза предшественника вкуса после повторной дифференцировки каллуса лука на побеги и корни после удаления ауксина 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты (2,4, D) было зарегистрировано ранее Turnbull et al. (1981), а ауксин-4-амино-3,5,6-трихлорпиколиновая кислота (пиклорам) индуцировала PeCSO даже на высоких уровнях, которые подавляли явную дифференцировку (Musker et al., 1988).

Добавление доноров S -alk (en) ила или предполагаемых промежуточных продуктов биосинтеза способствует синтезу CSO в тканевых культурах. Очень низкие уровни MCSO и ACSO были обнаружены в побеговых каллюсах чеснока (90 мкМ CSO по сравнению с 6,0 мМ в луковицах) вместе со следовыми количествами S -аллилцистеина и S -метилцистеина (Ohsumi et al. , 1993), но добавление 2-пропентиола к культуральной среде приводило к обнаруживаемым уровням как S, -аллилцистеина, так и ACSO в течение нескольких часов.Недавние эксперименты в нашей лаборатории также продемонстрировали, что как луковые, так и тканевые культуры чеснока способны синтезировать ACSO, если они снабжены 2-пропентиолом или S -аллил-L-цистеином, и PCSO, когда поставляются с пропилтиолом или S - пропил-L-цистеин (J Hughes, неопубликованная работа). Синтез PeCSO может быть аналогичным образом восстановлен до значительных уровней в культуре каллуса лука с помощью S -2-карбоксипропилцистеина или S -пропенилцистеина (Selby et al., 1980). Потенциальные промежуточные продукты, полученные ранее в пути биосинтеза, не имели такого эффекта. Это предполагает, что отсутствие биосинтеза ароматических соединений в культурах ткани лука происходит из-за ингибирования образования S -2-карбоксипропилцистеина.

Таким образом, имеется экспериментальное свидетельство синтеза CSO, протекающего через алк (ен) илилированный свободный цистеин и через S -алк (ен) илилированный глутатион. Вопрос о том, действуют ли оба пути постоянно во всех тканях, еще предстоит решить, но информация о ферментах, необходимых для обоих путей, могла бы помочь в ответе.

Пептидазы и транспептидазы

Связь между γ-глутамилпептидами и алк (ен) илцистеинсульфоксидами, предложенная Ланкастером и соавторами (Lancaster and Shaw, 1989; Lancaster et al. , 1989; Randle et al. , 1995), где первые являются биосинтетическими предшественниками последнего, требуется активность ферментов по удалению глициловых и γ-глутамильных остатков из возникающего алк (ен) илсульфоксида. γ-глутамилтранспептидаза катализирует перенос γ-глутамильной группы от γ-глутамилпептидов либо к аминокислотам, либо к другим пептидам.Этот фермент может также действовать как γ-глутамилпептидаза, требуя только воды в качестве акцептора. У млекопитающих и микроорганизмов он участвует в «γ-глутамиловом цикле» (рис. 3), который разрушает глутатион и участвует в транспорте цистеина (Noctor et al. , 2002). Обе эти активности были обнаружены в водных экстрактах гвоздики и листьев проросшего сорта чеснока Red (Ceci et al. , 1992). Активность ферментов была выше в быстрорастущих листьях. Активность гамма-глутамилпептидазы была зафиксирована в листьях лука-чеснока и снизилась до 5% от этого уровня в клеточных культурах (Mellouki et al., 1996). Добавление экзогенной пептидазы увеличивало выход аллииназной реакции из культур клеток лука-чеснока, предполагая, что недостаток γ-глутамилтранспептидазы также может быть причиной низких уровней предшественников аромата в культуре тканей.

Рис. 3.

Предлагаемые пути деградации глутатиона у растений и животных. (Адаптировано из Leustek et al. , 2000; Noctor et al. , 1998.) Путь A (слева) указывает на γ-глутамиловый цикл у животных.Путь B (справа) указывает на второй путь, который существует по крайней мере в некоторых растениях.

Рис. 3.

Предлагаемые пути деградации глутатиона у растений и животных. (Адаптировано из Leustek et al. , 2000; Noctor et al. , 1998.) Путь A (слева) указывает на γ-глутамиловый цикл у животных. Путь B (справа) указывает на второй путь, который существует по крайней мере в некоторых растениях.

Активность γ-глутамилпептидазы была обнаружена в листьях, корнях и луковицах растущего лука, но не в спящих луковицах разновидности Саутпорт Уайт Глоб (Lancaster and Shaw, 1991).Однако он был обнаружен в хранящихся луковицах лука сорта Спартан Баннер, когда они хранились при 20 ° C в течение 8 месяцев. Активность постепенно увеличивалась с четвертого месяца в магазине (Hanum et al. , 1995). Измерение сульфоксида γ-глутамилпропенилцистеина и PeCSO в луковицах семи сортов лука при хранении в прохладном месте в течение 4 месяцев показало постепенное снижение уровней сульфоксида γ-глутамилпропенилцистеина и повышение уровней PeCSO (Kopsell et al. , 1999).Исследование луковиц показало, что некоторые из них оставались бездействующими во время хранения, в то время как другие сорта выходили из состояния покоя после первого месяца. Очевидно, что сорта лука различаются по характеристикам хранения, и это может объяснить разные результаты по активности γ-глутамилтранспептидазы, обнаруженные в этих исследованиях.

В прорастающих луковицах лука это связано с гидролизом и ремобилизацией γGP. Γ-глутамилтранспептидаза была частично очищена из лука (Lancaster and Shaw, 1994), который проявлял как пептидазную активность, которая не зависела от pH, так и активность транспептидазы, которая существенно повышалась при pH выше 8.0. Он показал значения K m между 0,4 мМ и 2,0 мМ для нескольких производных γ-глутамила и значение K m для глутатиона 5 мМ. Его субстраты включали γ-глутамилметилцистеин, γ-глутамилпропенилцистеин, 2-карбоксиглутатион и сульфоксид γ-глутамилпропенилцистеина, причем для последних двух значений K m были ниже расчетных клеточных концентраций (Lancaster and Shaw , 1994). Если гидролиз γ-глутамиловой части сульфоксидов γ-глутамилалк (ен) илцистеина требовался во время синтеза CSO в этих тканях, этот фермент мог быть задействован, и эксперименты in vitro показали, что он обладает широкой субстратной специфичностью.Имеются также данные о другом пути деградации глутатиона у некоторых растений (рис. 3B), который начинается с удаления остатка глицина из глутатиона, а не глутамильной группы (Leustek et al. , 2000).

Контроль биосинтеза предшественников ароматизаторов: влияние подачи и хранения серы и азота

Очевидно, что для биосинтеза ароматических соединений требуется значительное количество серы. При коммерческом производстве лука обычно считается, что на остроту влияет сера, при этом более высокая доступность серы, как правило, приводит к большей интенсивности вкуса.Существует коммерческий интерес к выращиванию мягкого лука, и это обычно предполагает использование соответствующих сортов лука в среде с низким содержанием серы (Randle et al. , 1995). Исследования влияния этих режимов роста на вкус дают некоторую информацию о биосинтезе аромата. Влияние на накопление серы и уровни ароматических соединений в луке при изменении среды роста предполагает, что MCSO ведет себя иначе, чем PeCSO.

Хотя PeCSO является основным CSO в луке, синтез MCSO можно улучшить, изменив условия выращивания за пределами диапазонов, обычно встречающихся в сельском хозяйстве.К ним относятся низкий уровень серы (S) и высокий уровень азота (N). Исследование 16 сортов лука короткого дня, выращенных в искусственной почвенной среде с двумя уровнями содержания серы (в виде сульфата, 2,0 мМ и 0,05 мМ), показало, что, хотя луковицы, выращенные с более высоким уровнем серы, содержали больше предшественников аромата (Randle and Bussard, 1993), было мало корреляции между уровнями серы в почве и предшественниками ароматизаторов (измеренными как ферментативно генерируемый пируват). Однако более позднее исследование только трех сортов лука (Рио-Гранде, Саванна Свит и Саутпорт Уайт Глоб) дало более подробную картину.Эти луковицы выращивали на песке, поддерживающем пять уровней сульфата (Randle et al. , 1995). При самом низком уровне сульфата (0,05 мМ) все сорта демонстрировали симптомы дефицита серы, но почти 95% общей серы в луковице можно было отнести к MCSO, PCSO и PeCSO и сульфоксиду γ-глутамилпропенилцистеина, что указывает на биосинтез предшественника вкуса. был сильным поглотителем серы даже при недостатке серы. При наивысшем уровне использованного сульфата (1,55 мМ) менее 40% серы в луковице могло быть отнесено к этим соединениям и, вместо этого, должно было присутствовать в компонентах пути биосинтеза ароматизатора, которые не были измерены, или в других органических соединениях серы. .

В более позднем исследовании было обнаружено значительное количество сульфата в луковицах этих трех сортов, которое увеличивалось по мере увеличения уровня сульфата в искусственной питательной среде (Randle et al. , 1999). Общее количество серы в луковицах всех трех сортов было одинаковым на каждом уровне сульфата в среде и увеличивалось по мере увеличения уровней. Уровень CSO (измеренный как ферментативно генерируемый пируват) также увеличивался в ответ на увеличение содержания сульфата в среде для выращивания, но уровни отдельных CSO были разными для трех сортов.MCSO преобладала при самых низких уровнях сульфата во всех трех сортах и ​​оставалась аналогичной или уменьшалась по мере увеличения содержания сульфата в среде. Выше 0,425 мМ уровень PeCSO повышался до уровня MCSO или превышал его. Саутпорт Уайт Глоуб имел более низкий уровень PeCSO, чем два других сорта, на который не повлияло увеличение содержания сульфата. Уровни PeCSO в Рио-Гранде были выше, но также не подвержены влиянию сульфатов в окружающей среде. Однако уровни в Savannah Sweet неуклонно снижались по мере увеличения содержания сульфата.McCallum et al. (2002) наблюдали изменения в уровнях транскриптов нескольких генов, необходимых для поглощения и ассимиляции сульфатов (APS-редуктаза, АТФ-сульфурилаза, высокоаффинный переносчик сульфата и сульфитредуктаза) в ответ на временное или долгосрочное лишение серы сортов лука Canterbury Longkeeper и Houston Grano, указывающие на то, что регулирование этих начальных стадий ассимиляции серы также лежит в основе различий во вкусе лука.

Для выращивания перезимованного лука с мягким вкусом на супесчаной почве в регионе Видалия, США, применение удобрений, содержащих S , не рекомендуется с весны, так что лук будет испытывать среду с пониженным содержанием серы. .Сульфат применяется зимой, чтобы обеспечить хороший рост корней и листьев. При исследовании графика вывода сульфата сорт Sweet Vidalia выращивали в искусственной среде, где начальный уровень 1 мМ сульфата был снижен до 0,05 мМ для шести групп растений с последовательными двухнедельными интервалами (Randle et al. ). , 2002). Анализ содержания серы в листьях и луковицах при сборе урожая показал, что было больше серы в луковицах или листьях, где более высокий уровень серы сохранялся до ближайшего времени сбора урожая.Уровни CSO (измеренные как ферментативно генерируемый пируват) также были выше в луковицах, выдерживаемых при концентрации 1 мМ сульфата дольше. Однако анализ отдельных CSO и сульфоксида γ-глутамилпропенилцистеина показал, что, хотя низкие уровни PCSO не зависели от снижения содержания сульфата, уровни γ-глутамилпропенилцистеинсульфоксида и PeCSO увеличивались в луковицах растений, поддерживаемых на более высоком уровне. сульфата дольше. Уровни MCSO были постоянно самыми высокими, но снижались, когда вывод сульфата откладывался.Различное поведение трех предшественников аромата было очень очевидным.

Метаболизм серы тесно связан с метаболизмом азота через выработку аминокислоты цистеина как первого органического соединения серы при ассимиляции серы. Таким образом, подача азота может влиять на поглощение серы и образование CSO. Интересно, что N, по-видимому, не влияет на уровень неорганической S (измеряемой в виде сульфата) в луковицах, а вместо этого изменяет уровни некоторых ассимилятов серы.Когда сорт лука Granex 33 был выращен гидропонно с 250 мг на литр -1 S и 20-140 мг на литр -1 N (из нитрата аммония), хотя уровень неорганической серы в луковицах не был затронут, органическая сера в луковицах оставалась неизменной. луковиц увеличивалось, когда количество серы в гидропонной среде увеличивалось примерно до 80 мг / л -1 N, но впоследствии уменьшалось (Coolong and Randle, 2003 a ). Анализ CSO и γGP показал, что основной эффект был на сульфоксид γ-глутамилпропенилцистеина, где уровни увеличивались примерно в 10 раз до 80 мг / л -1 N, а затем существенно снижались.Уровни PCSO практически не пострадали, но MCSO постоянно увеличивалась по мере увеличения внешнего уровня азота. PeCSO также находился под влиянием, немного увеличиваясь, когда уровень азота в гидропонной среде повышался до 80 мг / л -1 N, но затем немного снижался. Как следствие, PeCSO вносил основную долю предшественников ароматизатора при более низких уровнях азота (20–56 мг на л -1 N), а MCSO был основным компонентом выше 80 мг на литр -1 Н. Разница в поведении между Интересны три предшественника аромата, так же как и тот факт, что действительно основное влияние было на уровни γGP, а не CSO.

В дополнение к этому исследованию уровень серы и азота, доступный для сорта Granex 33 по мере его созревания в гидропонной культуре, варьировался (5, 45 и 125 мг л -1 S в виде сульфата; 10, 50, 90 и 130 мг / л -1 N нитрата аммония). Самый низкий уровень азота привел к появлению симптомов дефицита, включая пожелтение листьев и небольших луковиц, содержащих меньшее количество N, S, CSO и γGP, чем после всех других обработок (Coolong and Randle, 2003 b ).При самом низком уровне N (10 мг / л -1 ) уровни MCSO, PCSO и γGP в луковицах оставались низкими и неизменными, независимо от поступления серы. Единственным исключением были уровни PeCSO. Это было выше в среде с дефицитом азота при самом низком уровне серы, чем при более адекватной подаче азота. Уровни MCSO были постоянно выше, чем у PeCSO. Это указывает на то, что поступление азота, а не серы, оказывает большее влияние на уровни MCSO. Различные эффекты поставки S на PeCSO и γGP предполагают, что их синтез находится под разным контролем.

Еще одно исследование, которое показало различное поведение MCSO и PeCSO, проводилось во время хранения луковиц лука более 4 месяцев. За это время уровни PeCSO увеличились во всех шести сортах лука, в то время как уровни MCSO остались практически такими же или снизились (Kopsell et al. , 1999).

Тканевое и субклеточное расположение

Allium Биосинтез предшественника ароматизатора

Имеется ограниченная информация о том, где синтезируются предшественники ароматизаторов, и это обобщено для местоположений внутри ячейки на рис.4. После выделения хлоропластов, митохондрий и цитоплазмы из эпидермиса листьев прорастающих луковиц лука глутатион был идентифицирован в хлоропластах и ​​цитоплазме, в то время как CSO и γGP располагались только в цитоплазме, а γ-глутамилцистеин - в хлоропластах ( Lancaster и др. , 1989). Также было идентифицировано расположение нескольких активностей ферментов, необходимых для биосинтеза. Один из ферментов, необходимых для биосинтеза глутатиона, γ-глутамилцистеинсинтетаза, находится в хлоропластах, тогда как γ-глутамилтранспептидаза находится в цитоплазме, хотя небольшая часть может быть связана с пероксисомами.

Рис. 4.

Субклеточное расположение промежуточных продуктов биосинтеза, предшественников ароматизаторов и аллииназы в Allium s. Местонахождение основано на данных по луку и чесноку, а также на местонахождении подобных ферментов в других растениях. У лука аллииназа присутствует в вакуоли всех клеток. В чесноке аллииназа присутствует только в вакуоли клеток оболочки пучка. Не в масштабе.

Рис. 4.

Субклеточное расположение промежуточных продуктов биосинтеза, предшественников ароматизаторов и аллииназы в Allium s.Местонахождение основано на данных по луку и чесноку, а также на местонахождении подобных ферментов в других растениях. У лука аллииназа присутствует в вакуоли всех клеток. В чесноке аллииназа присутствует только в вакуоли клеток оболочки пучка. Не в масштабе.

Зрелые клетки луковицы луковицы большие и тонкостенные с тонким периферическим слоем цитоплазмы, выстилающей внутреннюю часть стенки. Большая центральная вакуоль занимает большую часть объема клетки. Электронная микроскопия показала наличие мелких пузырьков как в цитоплазме, так и в центральной вакуоли (Turnbull et al., 1981). Выделение вакуолей из чешуек внутренней луковицы показало, что литический фермент аллииназа изолирован внутри вакуоли, в то время как предшественники аромата находятся в цитоплазме (Lancaster and Collin, 1981). Дальнейшее исследование (Lancaster et al. , 1989) субклеточной локализации в луке подтвердило эти результаты. Прорастающие листья лука инкубировали с 35 S-сульфатом в течение 1 дня для мечения предшественников ароматизатора. CSO были обнаружены в цитоплазматической фракции.Свидетельством того, что аллииназа была изолирована в вакуоли, был сильный запах лука, который обнаруживался при лизировании протопластов и вакуолей.

В отличие от лука, аллииназа в чесноке ограничена определенными типами клеток. Запасной орган лука состоит из чешуек, образовавшихся от набухших оснований листьев, тогда как у чеснока он образован от набухших боковых почек. Зубчики чеснока содержат сильно вакуолизированные клетки паренхимы как запасной мезофилл, перемежающийся с сосудистыми пучками. Когда свежие срезы гвоздики рассматривали в синем свете (Ellmore and Feldberg, 1994), наблюдалась сильная желто-зеленая автофлуоресценция от клеток оболочки пучка, а не от клеток любого другого типа.Эти клетки образовывали слой толщиной от одной до четырех клеток вокруг сосудистых пучков. Флуоресценцию приписывают кофактору пиридоксаль-5'-фосфата, присутствующему в аллииназе. Это было подтверждено окрашиванием срезов зубчиков чеснока на активность аллииназы, где клетки оболочки пучка стали плотно окрашены, с указанием того, что пятно было в вакуоли (Ellmore and Feldberg, 1994). Поликлональные антитела к аллииназе также интенсивно окрашивали внутреннюю часть клеток оболочки пучка. Окрашивание соседнего запасающего мезофилла, хотя и присутствовало, было намного слабее, и не было окрашивания клеток мезофилла, более удаленных от сосудистых пучков.Это клеточно-специфическое расположение аллииназы в чесноке отличается от ситуации в луке, где данные свидетельствуют о том, что она присутствует в вакуолях всех клеток луковиц и листьев.

Луковицы лука луковицы появляются в течение 4–6 недель, когда растение увеличивается в весе в 3–4 раза. Ланкастер и его коллеги проследили изменения в предшественниках вкусовых добавок, которые произошли во время этого процесса (Lancaster et al. , 1986). Белые нефотосинтетические основания листьев набухают, образуя луковицу в виде ряда концентрических чешуек.Новые чешуйки луковицы быстро расширяются в центре развивающейся луковицы, тогда как более старые стареют так же быстро, образуя внешние бумажные защитные слои. Анализ предшественников аромата в листьях и чешуях луковиц развивающихся луковиц показал, что предшественники аромата перемещались от листовой пластинки к ее основанию по мере развития чешуек луковицы (Lancaster et al. , 1986). Листовые пластинки содержали большое количество всех трех предшественников аромата до образования луковиц, но по мере развития луковиц уровни упали на 90%, и только PCSO оставалось в значительных количествах.По мере созревания луковицы предшественники аромата были потеряны из внешних стареющих чешуек, и PCSO увеличилось в центральных чешуях, хотя уровни MCSO и PeCSO упали. Самые внутренние чешуйки луковицы не имели прикрепленных листовых пластинок, но содержали предшественники аромата. Анализ базальной пластинки луковицы обнаружил значительное количество предшественников аромата, что указывает на то, что это может быть путь движения между чешуей. При исследовании трех различных сортов лука (Hysam, Durco и Grano de Oro) Bacon et al. (1999) определила, что PeCSO был основным предшественником ароматизатора, и его уровень повышался во внутренних мясистых слоях, а также в верхней и нижней части луковиц после 6 месяцев хранения при 0–0,5 ° C. Уровни предшественников аромата были выше во внутренних мясистых слоях луковиц, а также в верхнем и нижнем сантиметрах луковиц, чем в двух внешних мясистых слоях луковиц.

Ферменты, которые могут участвовать в биосинтезе предшественника ароматизатора

Allium

Вторичные метаболические пути могут осуществляться через более чем один компартмент или тип клеток.Это может быть необходимо для регуляции или функции метаболита, но также может быть результатом эволюционного происхождения ферментов (Pichersky and Gang, 2000). Новый фермент возникнет как разновидность существующего фермента, который использовал аналогичный субстрат и катализировал образование аналогичного продукта. Некоторые из ферментов, которые были предложены для катализирования стадий биосинтеза ароматических соединений в Allium s, являются членами больших семейств, которые выполняют очень разнообразные функции. При вторичном метаболизме единственный способ однозначно определить функцию продукта гена в настоящее время - продемонстрировать его ферментативную активность.Было проведено очень мало исследований ферментов из Allium s, которые были бы необходимы для синтеза предшественников ароматизаторов. Следовательно, будет представлена ​​информация о метаболизме глутатиона и цистеина и C-S-лиазах с указанием аспектов, которые могут иметь отношение к ролям в биосинтезе предшественника ароматизатора Allium .

Глутатион и глутатион-

S -трансферазы

Прекурсоры аромата Allium s - одно из немногих мест, где конъюгаты глутатиона, как полагают, играют роль в эндогенном метаболизме растений.Обе стадии, предложенные для конъюгации глутатиона с метильными, 2-карбоксипропильными или метакрилатными группами, и последующая деградация глутатионовой части с образованием CSO имеют параллели в метаболизме глутатиона, который изучался на других растениях. Глутатион синтезируется как в цитозоле, так и в хлоропласте, и это согласуется с доступностью цистеина (Noctor et al. , 2002). Он не продуцируется с одинаковой скоростью всеми тканями и типами клеток растений. Например, трихомы на стеблях и листьях некоторых экотипов Arabidopsis thaliana демонстрируют гораздо более высокую экспрессию ферментов, участвующих в синтезе цистеина и глутатиона, и имеют более высокие уровни глутатиона, чем окружающие клетки (Gutierrez-Alcala et al., 2000). Если для синтеза CSO требуется глутатион, контроль синтеза глутатиона в Allium s вполне может отражать потребность в гораздо более высоком потоке, чем в других растениях.

Глутатион- S -трансферазная активность в Allium s детально не изучена. Он был обнаружен в эпидермальной ткани луковиц лука. Он присутствовал как в цитозольной, так и в микросомальной фракциях, и анализы с серией субстратов показали, что ферменты в каждом компартменте имели различную специфичность (Schröder and Stampfl, 1999).Когда конъюгация с флуоресцентным субстратом монохлорбиманом наблюдалась под микроскопом в эпидермальных полосках, флуоресценция была очевидна в цитоплазме и ядре, за которой следовала яркая и увеличивающаяся флуоресценция в вакуоли, когда конъюгат транспортировался туда.

Глутатион- S -трансферазы представляют собой большое и древнее суперсемейство ферментов, где N-концевой сайт связывания глутатиона лучше консервативен, чем C-концевой сайт связывания совместного субстрата. Экспрессия специфических глутатион- S -трансфераз заметно варьирует во время развития растений, деления клеток и старения (Marrs, 1996).Роль глутатион- S -трансфераз в детоксикации ксенобиотиков, таких как гербициды, широко изучалась (обзор Marrs, 1996; Coleman et al. , 1997). Они действуют совместно с другими ферментами, выводя токсины из ксенобиотиков за счет конъюгации с глутатионом для повышения растворимости в воде. Это опосредуется глутатион- S -трансферазами в цитозоле, и затем конъюгат транспортируется в вакуоль или апопласт с помощью транспортеров, расположенных внутри тонопласта или плазматической мембраны.Вакуолярная карбоксипептидаза может отщеплять глицин от конъюгатов глутатион- S , а дипептидаза может удалять глутамильную группу, оставляя цистеиновый конъюгат (цитируется в Coleman et al. , 1997). Отток конъюгатов цистеина из вакуоли сопровождается дальнейшим метаболизмом C-S-лиазами в цитозоле. Метаболиты, продуцируемые этим процессом, могут экспортироваться в апопласт и связываться с лигнином и целлюлозой (Coleman et al. , 1997).

Биосинтез предшественников ароматизатора Allium может быть примером использования этой системы для синтеза вторичных метаболитов, хотя, по-видимому, задействованы разные клеточные компартменты.Как показано на рис. 4, аллииназа изолирована в вакуоли, а не в цитоплазме, а CSO находятся в цитоплазме (Lancaster and Collin, 1981) или в небольших цитоплазматических пузырьках (Edwards et al. , 1994). Хотя сульфоксиды γ-глутамилалк (ен) илцистеина не являются субстратами для аллииназы, если они обрабатываются в вакуоли, им может потребоваться защита от аллииназы перед экспортом в цитоплазму. В этом контексте наблюдение, что аллииназа образует стабильный комплекс с лектином в чесноке (Rabinkov et al., 1995; Смец и др. , 1997). Эти два являются основными белками зубчиков чеснока, и хотя нет никаких доказательств того, что этот комплекс существует in vivo , он может обеспечить средства для дальнейшего отделения аллииназы от ее субстрата.

Синтез цистеина

Требование высоких уровней продукции цистеина в Allium s предполагает, что регуляция биосинтеза цистеина может отличаться от других растений.Кроме того, исследования включения серина и тиолов в Allium s (Granroth, 1970; Ohsumi et al. , 1993; Prince et al. , 1997) показывают, что биосинтез цистеина может обеспечить путь для синтеза некоторых S -алк (ен) ил цистеинов.

Заключительная стадия синтеза цистеина катализируется двумя последовательными ферментами, серинацетилтрансферазой (SAT (EC 2.3.1.30) и цистеинсинтазой (Leustek et al. , 2000). Это стадия, на которой неорганическая сера включается в первое органическое соединение серы в клетке, а также точка, в которой пути ассимиляции углерода и азота встречаются с ассимиляцией серы.После добавления O -ацетильной группы к серину с помощью SAT образуется аминоакрилатный аддукт O -ацетилсерина, связанный с пиридоксаль-5'-фосфатным кофактором CS. Он реагирует со вторым субстратом, сульфидом, с образованием цистеина, который высвобождается (Warrilow and Hawkesford, 2002). Каталитический механизм CS с промежуточным соединением, связанным с ферментом, обеспечивает возможности для развития активного центра для размещения различных заместителей.

Растения содержат семейства SAT и CS с цитозольными, хлоропластическими и митохондриальными изоформами (Inoue et al., 1999). Причина множественных форм и их наличие в отдельных органеллах неясна. С точки зрения синтеза предшественников ароматизатора Allium наиболее интересным аспектом является то, что некоторые CS обладают более широкой субстратной специфичностью, чем один сульфид. Фермент принадлежит к семейству β-замещенных аланинсинтаз, и существует несколько примеров активности CS с вторичной, а не первичной метаболической ролью (Ikegami and Murakoshi, 1994). Вид Mimosa L.и Leucaena Benth. накапливают мимозин, а представители семейства тыквенных, такие как арбуз ( Citrullus vulgaris Schrad.), содержат β-пиразол-1-илаланин. Оба этих вторичных метаболита образуются CS путем связывания пиразола или 3,4-дигидроксипиридина с O -ацетилсерином. Другие гетероциклические β-замещенные аланины были идентифицированы в составе других видов растений, помимо метаболитов регуляторов роста зеатина и 6-бензиламинопурина, а также ксенобиотиков, таких как триазольные гербициды (Ikegami and Murakoshi, 1994), которые все могут быть синтезированы путем конденсации соответствующее N -гетероциклическое соединение с O -ацетилсерином, опосредованное CS из видов растений, где вторичный метаболит встречается в природе.

В условиях анализа in vitro CS может использовать множество других соединений в качестве акцептора для аланильной части из O -ацетилсерина. Когда представлены подходящие субстраты, CS, очищенные от Leucaena leucocephala Lam. (De Wit), Pisum sativum L., Citrullus vulgaris , Spinacia oleracea , Lathyrus latifolius L., Lathyrus sativus L. и Allium tuberosum Rottl. ex Spreng.все были способны синтезировать S -метилцистеин, S -аллилцистеин и S -карбоксиметилцистеин со скоростью от 1% до 72% от таковой для синтеза цистеина (Ikegami and Murakoshi, 1994). С другими субстратами ферменты CS этих видов образовывали другие небелковые β-замещенные вторичные метаболиты аланина in vitro (Ikegami and Murakoshi, 1994).

SAT и CS из A. tuberosum были подробно изучены (Ikegami et al., 1993; Урано и др. , 2000). Два CS были очищены из листьев, которые не показали ингибирования O -ацетилсерином в концентрациях до 25 мМ. Оба они были способны синтезировать S -замещенные цистеины, а также β-цианоаланин, хотя и со скоростью менее 10% от цистеина в тех же условиях (Ikegami et al. , 1993). Субстраты, используемые этими ферментами, очень похожи на субстраты, используемые ферментом Spinacia oleracea .Измерение чувствительности SAT A. tuberosum к цистеину показало, что концентрация для 50% ингибирования составляла 48,7 мкМ, что было промежуточным между значениями, обычно получаемыми для чувствительных к обратной связи (<5 мкМ) и нечувствительных (> 100 мкМ) ферментов (Urano и др. , 2000). Уровни цистеина в A. tuberosum , около 45 нмоль на г -1 сырого веса, были оценены в 5–6 раз выше, чем в Nicotiana tabacum L. или Arabidopsis thaliana .Интересно, что уровни окисленного и восстановленного глутатиона у трех растений были сопоставимы. Более высокий уровень цистеина в A. tuberosum можно объяснить низкой чувствительностью SAT к ингибированию цистеина или другими факторами в обороте цистеина, необходимыми для удовлетворения спроса на биосинтез предшественника ароматизатора. Работа в нашей лаборатории показала, что чеснок имеет несколько CS, которые различаются по экспрессии в тканях и способности синтезировать S -аллил цистеин (A Tregova, J Hughes and J Milne, неопубликованная работа).

Продукция O -ацетилсерина с помощью SAT из Citrullus vulgaris (арбуз) проявляет ингибирование цистеином на физиологических уровнях (50% ингибирование при 2,9 мкМ), но не подвергается влиянию вторичного метаболита β-пиразол-1- илаланин даже в концентрации 1 мМ (Saito et al. , 1995), что позволяет предположить, что фермент ведет себя по-разному в регулировании поставки O -ацетилсерина для выполнения своих первичных и вторичных метаболических ролей. Синтез цистеина можно жестко регулировать, тогда как синтез β-пиразол-1-илаланина на этой стадии не контролируется.Если CS участвует в биосинтезе предшественников ароматизатора Allium , возможно, что подобная регуляторная система может быть задействована.

Последний пример цистеина в синтезе соединений, аналогичных предшественникам ароматизатора Allium , происходит из механизма толерантности к селену, обнаруженного у некоторых растений. Сера и селен химически подобны, и, таким образом, селен может быть включен в соединения, которые должны содержать серу, что приводит к проблемам токсичности.Анализ селенсодержащих летучих веществ из лука, чеснока, A. tuberosum и A. ampeloprasum L. показал, что Se-метильные соединения преобладают, несмотря на обилие других соединений S -алк (ен) ила в растения (Cai et al. , 1994). В некоторых ситуациях происходит различие между этими двумя элементами, и один из них заключается в синтезе Se-метил селеноцистеина в механизме толерантности растений Fabaceae, которые накапливают высокие уровни селена (Ellis and Salt, 2003).Растения синтезируют Se-метил селеноцистеин, γ-глутамил-Se-метил селеноцистеин и другие производные селена небелковых аминокислот, которые можно рассматривать как селеновые аналоги S -алк (ен) илцистеина и γ-глутамил- алк (ен) ил цистеиновые пептиды. Идентификация тиол / селенолметилтрансферазы из Astragalus bisulcatus (Neuhierl et al. , 1999) прояснила биосинтез этих метаболитов. Экспрессия фермента в Escherichia coli показала, что его субстратами были S -метилметионин и селеноцистеин, а активность с цистеином была близка к пределам обнаружения анализа.Хотя этот фермент из A. bisulcatus не может синтезировать S -метилцистеин, синтез этих метилированных и γ-глутамилированных аминокислот представляет собой интересную параллель с биосинтезом предшественника ароматизатора в Allium s.

Аллииназа и лиазы C-S

C-S-лиазы в растениях участвуют в первичном и вторичном метаболизме, расщепляя связи между атомами серы и углерода, и являются частью более крупного семейства аминотрансфераз.Члены включают аллииназу, а также цистатионин и цистинлиазы, цистеин-десульфидразу и ферменты, участвующие в детоксикации ксенобиотиков после конъюгации с глутатионом, а также, вероятно, другие, участвующие в биосинтезе глюкозинолатов и цианогенных глюкозидов (Kiddle et al. , 1999). Есть признаки того, что луковая аллииназа предпочтительно гидролизует PeCSO, а не MCSO или PCSO, поэтому PeCSO вносит больший вклад в аромат лука, чем два других предшественника (Nock and Mazelis, 1987; Coolong and Randle, 2003 b ).

Трехмерная кристаллическая структура аллииназы была решена с разрешением 1,5 Å в 2002 г. (Kuettner et al. , 2002). Это показало, что каждый 448 аминокислотный мономер фермента содержит три домена. Центральный и С-концевой домены имеют складчатую структуру, типичную для других C-S лиаз и аминотрансфераз. Центральный домен типичен для пиридоксаль-5'-фосфатзависимых ферментов класса 1. N-концевой домен отличает структуру аллииназы от других C-S лиаз и аминотрансфераз благодаря наличию EGF-подобного домена.Этот тип домена часто взаимодействует с другими белками и обычно содержит три дисульфидных мостика, образованных между остатками цистеина. Они редко встречаются в растительных белках, и аллииназа является первой, где EGF-подобный домен сливается с каталитическим доменом, а не как внеклеточная часть мембраносвязанного или секретируемого белка. Однако вакуолярное расположение аллииназы требует процесса транспорта после синтеза, который может обеспечивать функцию этого домена.

Источники алк (ен) ильных групп в прекурсорах ароматизатора

Allium

Хотя очевидно, что ряд тиолов может быть источником S -алк (en) ильных групп для ферментов CS in vitro (Ikegami and Murakoshi, 1994), в срезах ткани или в тканевой культуре (Granroth, 1970; Prince et al., 1997), неизвестно, играют ли они эту роль in vivo. Растительные ацил-активирующие ферменты особенно плохо охарактеризованы (Shockey et al. , 2003), и даже некоторые из этих параллельно хорошо охарактеризованных ферментов млекопитающих, по-видимому, играют разные роли. Arabidopsis thaliana , по-видимому, имеет 63 организма, что больше, чем у любого другого полностью секвенированного организма на сегодняшний день, предлагая большие возможности для опосредования стадий вторичного метаболизма, с возможностью того, что некоторые или их гомологи в Allium s могут выполнять неуловимый перенос алк (ен) ила в биосинтезе предшественника ароматизатора Allium (Shockey et al., 2003). Селеноцистеинметилтрансфераза из Astragalus bisulcatus , которая использует S -метилметионин для метилирования селеноцистеина, а не цистеина (Neuhierl et al. , 1999), является одним из примеров специализированной активности.

Метакрилат, предложенный в качестве предшественника аллильной, пропильной и пропенильной групп (Granroth, 1970; Lancaster and Shaw, 1989), встречается внутри клетки во время распада валина жирной кислоты с разветвленной цепью, вероятно, внутри пероксисомы растения.Реакционноспособный интермедиат метакрилил-КоА временно образуется во время этого процесса и может реагировать с нуклеофилами, такими как свободные тиолы (Zolman et al. , 2001). Хотя было выявлено заболевание человека, вызванное накоплением этого реактивного промежуточного продукта в митохондрии, у Arabidopsis thaliana тот же самый дефект вызывает устойчивость к ауксину и дефекты β-окисления в пероксисоме. Результат может быть другим в пероксисомах, где метакрилил-КоА синтезируется в регулируемом процессе с обильным поступлением тиолов из цистеина или глутатиона.

Еще один пример возможного происхождения аллильной группы, характерной для чеснока, - это более 120 вторичных метаболитов глюкозинолатов, обнаруженных в Brassicaceae, Capparaceae и Caricaceae (Fahey et al. , 2001). Биосинтез основной структуры глюкозинолата включает конъюгацию модифицированной аминокислоты с донором серы, предположительно цистеином, с последующим расщеплением, вероятно, CS-лиазой, с получением серосодержащего продукта, который впоследствии глюкозилируется и сульфатируется (Wittstock and Halkier , 2002).Может происходить очень обширная модификация аминокислоты, включая создание аллильной группы. Между окислением модифицированной аминокислоты цитохромом P 450 с образованием альдоксима и образованием тиогидроксимовой кислоты перед гликозилированием не было идентифицировано ни промежуточных продуктов, ни ферментов. Хотя активность C-S-лиазы, полученная из листьев Brassica napus , была способна расщеплять потенциальные промежуточные продукты биосинтеза, также использовались другие неприродные субстраты, что позволяет предположить присутствие нескольких ферментов (Kiddle et al., 1999). Замена сульфгидрильной группы цистеина и расщепление C-S-лиазой имеет очевидные параллели с ароматической системой Allium , которую можно было бы исследовать.

Заключительные замечания

Таким образом, понимание биосинтеза ароматизаторов в Allium s является захватывающим моментом. Биосинтетический путь, предложенный Ланкастером и его коллегами, обеспечил жизненно важную основу для интеграции результатов исследований на срезах тканей, культуре тканей и интактных растениях, хотя взаимосвязь между CSO и γGP до сих пор полностью не решена.Исследования эффектов серного питания дополнили современные знания о поведении каждого предшественника вкуса. Накапливается информация, позволяющая предположить, что биосинтез MCSO и, возможно, каждого предшественника аромата может регулироваться по-разному и может не идти одним и тем же путем во всех физиологических условиях. Пониманию этой интригующей области вторичного метаболизма будет способствовать растущее знание метаболизма глутатиона и цистеина в других растениях, в частности Arabidopsis thaliana , что дает параллели для исследования.Следующим этапом будет идентификация и изучение большего количества ферментов и генов в Allium s, которые участвуют в биосинтезе предшественников вкуса. Цистеинсинтазы являются очевидными мишенями, как и ферменты метаболизма глутатиона. Неуловимые источники характерных алк (ен) ильных групп Allium остаются неизвестными, и их идентификация является одновременно проблемой и целью.

Мы благодарны за обсуждение с коллегами и финансовую поддержку проекта ЕС «Чеснок и здоровье», QLK1-CT-1999-00498.

Список литературы

Анкри С., Мирельман Д.

1999

. Противомикробные свойства аллицина из чеснока.

Микробы и инфекции

1

, ​​

125

–129.

Bacon JR, Moates GK, Ng A, Rhodes MJC, Smith AC, Waldron KW.

1999

. Количественный анализ предшественников вкуса и уровней пирувата в различных тканях и сортах лука ( Allium cepa ).

Пищевая химия

64

, ​​

257

–261.

Блок E.

1992

. Сероорганический химический состав рода Allium - значения для органической химии серы.

Angewandte Chemie

31

, ​​

1135

–1178.

Brodnitz MH, Pascale СП.

1971

. Тиопропанал S -оксид: фактор слезотечения в луке.

Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии

19

, ​​

269

–272.

Cai XJ, Uden PC, Block E, Zhang X, Quimby BD, Sullivan JJ.

1994

. Allium Chemistry: идентификация летучих органических соединений селеноселена в естественном количестве из чеснока, слоновьего чеснока, лука и китайского лука с использованием газовой хроматографии над паром с атомно-эмиссионным детектированием.

Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии

42

, ​​

2081

–2084.

Ceci LN, Curzio OA, Pomilio AB.

1992

.γ-глутамилтранспептидаза / γ-глутамилпептидаза в проросших Allium sativum .

Фитохимия

31

, ​​

441

–444.

Коулман Джод, Блейк-Калфф ММА, Дэвис ТГЭ.

1997

. Детоксикация ксенобиотиков растениями: химическая модификация и вакуолярная компартментация.

Тенденции в растениеводстве

2

, ​​

144

–151.

Коли-Смит младший.

1986

.Взаимодействие между Sclerotium cepivorum и сортами лука, лука-порея, чеснока и Allium fistulosum .

Патология растений

35

, ​​

362

–369.

Collin HA.

2001

. Образование вторичных продуктов в культурах тканей растений.

Положение о выращивании растений

34

, ​​

119

–134.

Coolong TW, Randle WM.

2003

а .Уровень фертильности нитрата аммония влияет на развитие вкуса лука Granex 33, выращенного на гидропонике.

Журнал продовольственной науки и сельского хозяйства

83

, ​​

477

–482.

Coolong TW, Randle WM.

2003

б . Доступность серы и азота взаимодействует, чтобы повлиять на биосинтетический путь вкуса лука.

Журнал Американского общества садоводческих наук

128

, ​​

776

–783.

Дэви М.Р., Маккензи И.А., Фриман Г.Г., Шорт К.С.

1974

. Исследования некоторых аспектов роста, тонкой структуры и ароматизации луковой ткани, выращенной in vitro .

Письма о растениеводстве

3

, ​​

113

–120.

Эрншоу DM, McDonald MR, Boland GJ.

2000

. Взаимодействие между изолятами и группами мицелиальной совместимости Sclerotium cepivorum и сортами лука ( Allium cepa ).

Канадский журнал патологии растений

22

, ​​

387

–391.

Эдвардс SJ, Бриттон G, Collin HA.

1994

. Путь биосинтеза сульфоксидов S -alk (en) ил-L-цистеина (предшественников ароматизаторов) у видов Allium .

Ткани и культура клеток растений

38

, ​​

181

–188.

Ellis DR, Salt DE.

2003

. Растения, селен и здоровье человека.

Текущее мнение по биологии растений

6

, ​​

273

–279.

Ellmore GS, Feldberg RS.

1994

. Локализация аллиин-лиазы в пучковых оболочках зубчика чеснока ( Allium sativum ).

Американский журнал ботаники

81

, ​​

89

–94.

Fahey JW, Zalcmann AT, Talalay P.

2001

. Химическое разнообразие и распределение глюкозинолатов и изотиоцианатов среди растений.

Фитохимия

56

, ​​

5

–51.

Фенвик Дж., Хэнли А.

1985

. Род Allium .

Критические обзоры пищевой науки и питания

22

, ​​

199

–271.

Gmelin R, Huxa H-H, Roth K, Höfle G.

1976

. Дипептидный предшественник чесночного запаха у видов Marasmius .

Фитохимия

15

, ​​

1717

–1721.

Гранрот Б.

1970

. Биосинтез и разложение производных цистеина в луке и других видах Allium .

Annales Academiae Scientiarum Fennicae

A

154

, ​​

1

–71.

Gutierrez-Alcala G, Gotor C, Meyer AJ, Fricker M, Vega JM, Romero LC.

2000

. Биосинтез глутатиона в трихомных клетках Arabidopsis .

Proceedings of the National Academy of Sciences, USA

97

, ​​

11108

–11113.

Hanum T, Sinha NK, Cash JN.

1995

. Характеристики γ-глутамилтранспептидазы и аллииназы лука и их влияние на усиление образования пирувата в мацератах лука.

Журнал пищевой биохимии

19

, ​​

51

–65.

Икегами Ф, Итагаки С., Муракоши И.

1993

. Очистка и характеристика двух форм цистеинсинтазы из Allium tuberosum .

Фитохимия

32

, ​​

31

–34.

Икегами Ф, Муракоши И.

1994

. Ферментативный синтез небелковых β-замещенных аланинов и некоторых высших гомологов в растениях.

Фитохимия

35

, ​​

1089

–1104.

Имаи С., Цуге Н., Томотаке М., Нагатом Й., Савада Х., Нагата Т., Кумагаи Х.

2002

. Луковый фермент, от которого слезятся глаза.

Природа

419

, ​​

685

.

Иноуэ К., Нодзи М., Сайто К.

1999

. Определение сайтов, необходимых для аллостерического ингибирования серинацетилтрансферазы L-цистеином в растениях.

Европейский журнал биохимии

266

, ​​

220

–227.

Киддл Джорджия, Беннетт Р.Н., Хик А.Дж., Уоллсгроув, РМ.

1999

. Активность C-S-лиазы в листьях крестоцветных и не крестоцветных, а также характеристика трех классов активности C-S-лиазы масличного рапса ( Brassica napus L.).

Завод, клетки и окружающая среда

22

, ​​

433

–445.

Кинг Дж. Дж., Брейдин Дж. М., Барк О., Маккаллум Дж. А., Хавей М. Дж..

1998

. Генетическая карта лука с низкой плотностью показывает роль тандемной дупликации в эволюции чрезвычайно большого диплоидного генома.

Теоретическая и прикладная генетика

96

, ​​

52

–62.

Kopsell DE, Randle WM, Eiteman MA.

1999

.Изменения сульфоксидов S -алк (en) илцистеина и их биосинтетических промежуточных продуктов при хранении лука.

Журнал Американского общества садоводческих наук

124

, ​​

1777

–1783.

Кубек Р., Ким С., МакКеон Д.М., Муса Р.А.

2002

б . Выделение S - n -бутилсульфоксида цистеина и шести n -бутилсодержащих тиосульфинатов из Allium siculum .

Journal of Natural Products

65

, ​​

960

–964.

Кубец Р., Ким С., Велишек Дж., Муса Р.А.

2002

а . Предшественники аминокислот и образование запаха в чесноке общества ( Tulbaghia violacea Harv.).

Фитохимия

60

, ​​

21

–25.

Кубец Р., Муса РА.

2001

. Производные сульфоксида цистеина в Petiveria alliacea .

Фитохимия

58

, ​​

981

–985.

Кубец Р., Свободова М., Велишек Ю.

2000

. Распределение сульфоксидов S -алк (en) илцистеина у некоторых видов Allium . Идентификация нового предшественника ароматизатора: S -этилцистеинсульфоксид (этиин).

Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии

48

, ​​

428

–433.

Кубец Р., Свободова М., Велишек Ю.

2001

. Газохроматографическое определение сульфоксида S -метилцистеина в овощах семейства крестоцветных.

European Food Research and Technology

213

, ​​

386

–388.

Кубота К., Хираяма Х., Сато Й., Кобаяси А., Сугавара Ф.

1998

. Аминокислотные предшественники чесночного запаха в Scorodocarpus borneensis .

Фитохимия

49

, ​​

99

–102.

Kuettner EB, Hilgenfled R, Weiss MS.

2002

. Активный принцип чеснока с атомным разрешением.

Журнал биологической химии

277

, ​​

46402

–46407.

Kuhl JC, Cheung F, Yuan Q, et al.

2004

. Уникальный набор из 11 008 тегов экспрессируемой последовательности лука показывает выраженные последовательности и геномные различия между отрядами однодольных Asparagales и Poales.

Заводская ячейка

16

, ​​

114

–125.

Ланкастер Дж. Э., Боланд М. Дж.

1990

. Биохимия вкуса. В: Rabinowitch H, Brewster J, eds. Лук s и родственные ему культуры , Vol. III. Бока-Ратон, Флорида: CRC Press, 33–72.

Lancaster JE, Collin HA.

1981

. Наличие аллииназы в изолированных вакуолях и сульфоксидов алкилцистеина в цитоплазме луковиц лука ( Allium cepa ).

Письма о растениеводстве

22

, ​​

169

–176.

Ланкастер Дж. Э., Доммисс Е. М., Шоу М. Л..

1988

. Производство предшественников ароматизаторов [ S -алк (en) ил-L-цистеин сульфоксиды] в фотомиксотрофной каллусе чеснока.

Фитохимия

27

, ​​

2123

–2124.

Ланкастер Дж. Э., Келли К. Э.

1983

. Количественный анализ сульфоксидов S -алк (ен) ил-L-цистеина в луке ( Allium cepa L.).

Журнал продовольственной науки и сельского хозяйства

34

, ​​

1229

–1235.

Ланкастер Дж. Э., МакКаллион Б. Дж., Шоу М. Л..

1986

. Динамика предшественников аромата, сульфоксидов S -alk (en) ил-L-цистеина, во время развития листовой пластинки и чешуек лука ( Allium cepa ).

Physiologia Plantarum

66

, ​​

293

–297.

Lancaster JE, Reynolds PHS, Shaw ML, Dommisse EM, Munro J.

1989

. Внутриклеточная локализация пути биосинтеза предшественников аромата в луке.

Фитохимия

28

, ​​

461

–464.

Ланкастер Дж. Э., Шоу МЛ.

1989

. γ-глутамилпептиды в биосинтезе сульфоксидов S -алк (ен) ил-L-цистеина (предшественники ароматизаторов) в Allium .

Фитохимия

28

, ​​

455

–460.

Ланкастер Дж. Э., Шоу МЛ.

1991

. Метаболизм γ-глутамилпептидов во время развития, хранения и прорастания в луковицах лука.

Фитохимия

30

, ​​

2857

–2859.

Ланкастер Дж. Э., Шоу МЛ.

1994

. Характеристика очищенной γ-глутамилтранспептидазы в луке: доказательства роли in vivo как пептидазы.

Фитохимия

36

, ​​

1351

–1358.

Леустек Т., Мартин М.Н., Бик Дж. А., Дэвис Дж. П.

2000

. Пути и регуляция метаболизма серы выявлены в результате молекулярно-генетических исследований.

Ежегодный обзор физиологии растений и молекулярной биологии растений

51

, ​​

141

–165.

Мадхави Д.Л., Прабха Т.Н., Сингх Н.С., Патвардхан.

1991

. Биохимические исследования с культурами клеток чеснока ( Allium sativum ) показали разные уровни вкуса.

Биохимический журнал продовольственных и сельскохозяйственных наук

56

, ​​

15

–24.

Маррс К.А.

1996

.Функции и регуляция глутатион- S -трансфераз в растениях.

Ежегодный обзор физиологии растений и молекулярной биологии растений

47

, ​​

127

–158.

МакКаллум Дж. А., Питер-Джойс М., Шоу М.

2002

. Депривация серы и генотип влияют на экспрессию генов и метаболизм луковых корней.

Журнал Американского общества садоводческих наук

127

, ​​

583

–589.

Mellouki F, Vannereau A, Cosson L.

1996

. Les précurseurs d'arôme dans des culture cellulaires d ' Allium .

Acta Botanica Gallica

143

, ​​

131

–136.

Маскер Д., Коллин Х.А., Бриттон Дж., Оллерхед Г.

1988

. Биосинтез пропенилцистеинсульфоксида в каллусных культурах Allium cepa (L.). В: Робинс Р.Дж., Родс MJC, ред. Управление вторичным метаболизмом в культуре .Издательство Кембриджского университета, 177–186.

Neuhierl B, Thanbichler M, Lottspeich F, Böck A.

1999

. Семейство S -метилметионин-зависимых тиол / селенолметилтрансфераз.

Журнал биологической химии

274

, ​​

5407

–5414.

Нок LP, Мазелис М.

1987

. C-S-лиазы высших растений; прямое сравнение физических свойств гомогенной аллиинлиазы чеснока ( Allium sativum ) и лука ( Allium cepa ).

Физиология растений

85

, ​​

1079

–1083.

Noctor G, Arisi A-CM, Jouanin L, Kuenert KJ, Rennenberg H, Foyer CH.

1998

. Глутатион: биосинтез, метаболизм и связь со стрессоустойчивостью, изученные на трансформированных растениях.

Журнал экспериментальной ботаники

49

, ​​

623

–647.

Noctor G, Gomez L, Vanacker H, Foyer CH.

2002

. Взаимодействие между биосинтезом, компартментацией и транспортом в контроле гомеостаза глутатиона и передачи сигналов.

Журнал экспериментальной ботаники

53

, ​​

1283

–1304.

Охри Д., Пистрик К.

2001

. Фенология и изменчивость размера генома у Allium L. - тесная корреляция?

Биология растений

3

, ​​

654

–660.

Осуми К., Хаяси Т., Сано К.

1993

. Образование аллиина в тканях культуры Allium sativum . Окисление S -аллил-L-цистеина.

Фитохимия

33

, ​​

107

–111.

Паркин К.Л., Томас DJ.

1996

. Влияние элиситоров на сульфоксиды алк (ен) ил-L-цистеина и родственные аминокислоты в культурах тканей лука ( Allium cepa ).

Пищевая биотехнология

10

, ​​

177

–190.

Парри Р.Дж., Лии Ф.-Л.

1991

. Исследования биосинтеза транс - (+) - S -1-пропенил-L-цистеин сульфоксид.Выяснение стереохимии процесса окислительного декарбоксилирования.

Журнал Американского химического общества

113

, ​​

4704

–4706.

Parry RJ, Sood GR.

1989

. Исследования биосинтеза транс - (+) - S -1-пропенил-L-цистеина сульфоксида в луке ( Allium cepa ).

Журнал Американского химического общества

111

, ​​

4514

–4515.

Пичерский Э, Банда ДР.

2000

. Генетика и биохимия вторичных метаболитов растений: эволюционная перспектива.

Тенденции в растениеводстве

5

, ​​

439

–445.

Prince CL, Shuler ML, Yamada Y.

1997

. Изменение вкусовых характеристик в корневых культурах лука ( Allium cepa L.) посредством направленного биосинтеза.

Прогресс биотехнологии

13

, ​​

506

–510.

Рабинков А, Вильчек М., Мирельман Д.

1995

. Аллииназа (аллиинлиаза) из чеснока ( Allium sativum ) гликозилируется по asn (164) и образует комплекс с лектином, специфичным для маннозы чеснока.

Glycoconjugate Journal

12

, ​​

690

–698.

Рэндл WM, Bussard ML.

1993

. Острота и сахар лука короткого дня под влиянием серной пищи.

Журнал Американского общества садоводческих наук

118

, ​​

770

–776.

Randle WM, Lancaster JE, Shaw ML, Sutton KH, Hay RL, Bussard ML.

1995

. Количественное определение ароматических соединений лука, отвечающих на фертильность серы - сера увеличивает уровни сульфоксидов алк (ен) илцистеина и промежуточных продуктов биосинтеза.

Журнал Американского общества садоводческих наук

120

, ​​

1075

–1081.

Randle WM, Kopsell DE, Kopsell DA.

2002

. Последовательное снижение фертильности сульфатов во время роста и развития лука влияет на вкус луковиц при сборе урожая.

HortScience

37

, ​​

118

–121.

Randle WM, Kopsell DE, Kopsell DA, Snyder RL.

1999

. Общее накопление серы и сульфатов в луке зависит от плодородия серы.

Журнал питания растений

22

, ​​

45

–51.

Ромейс Дж., Эббингаус Д., Шеркенбек Дж.

2003

. Факторы, определяющие вариабельность поведенческой реакции луковой мухи ( Delia antik ) на n -дипропилдисульфид.

Журнал химической экологии

29

, ​​

2131

–2142.

Сайто К., Йокояма Х, Нодзи М., Муракоши И.

1995

. Молекулярное клонирование и характеристика серинацетилтрансферазы растений, играющей регулирующую роль в биосинтезе цистеина в арбузе.

Журнал биологической химии

270

, ​​

16321

–16326.

Шредер П., Штампфл А.

1999

. Визуализация конъюгации глутатиона и индуцибельности глюатион- S -трансфераз в луке ( Allium cepa L.) эпидермальная ткань.

Zeitschrift für Naturforschung

54c

, ​​

1033

–1041.

Селби С., Галпин И.Дж., Коллин Х.А.

1979

. Сравнение лукового растения ( Allium cepa ) и культуры ткани лука. I. Аллииназная активность и соединения-предшественники вкуса.

Новый фитолог

83

, ​​

351

–359.

Селби С., Тернбулл А, Коллин Х.А.

1980

. Сравнение лука ( Allium cepa ) и культуры ткани лука.II. Стимуляция синтеза предшественников вкуса в культурах тканей лука.

Новый фитолог

84

, ​​

307

–312.

Shockey JM, Fulda MS, Browse J.

2003

. Arabidopsis содержит большое суперсемейство ацил-активирующих ферментов. Филогенетический и биохимический анализ позволяет выявить новый класс ацил-коферментных синтетаз.

Физиология растений

132

, ​​

1065

–1076.

Смитс К., Ван Дамм Э. Дж. М., Ван Левен Ф., Пуманс В. Дж.

1997

. Выделение и характеристика лектинов и лектин-аллииназных комплексов из луковиц чеснока ( Allium sativum ) и черемши ( Allium ursinum ).

Glycoconjugate Journal

14

, ​​

331

–343.

Stoewsand GS.

1995

. Биоактивные сероорганические фитохимические вещества в овощах Brassica oleracea - обзор.

Пищевая и химическая токсикология

33

, ​​

537

–543.

Столл А, Зеебек Э.

1947

. Аллиин, чистое материнское вещество чесночного масла.

Experentia

3

, ​​

114

–115.

Suzuki T, Sugii M, Kakimoto T.

1962

. Метаболическое включение L-валина-C 14 в S - (2-карбоксипропил) глутатион и S - (2-карбоксипропил) цистеин в чесноке.

Химический и фармацевтический бюллетень (Токио)

10

, ​​

328

–331.

Тернбулл А., Галпин И.Дж., Смит Д.Л., Коллин А.А.

1981

. Сравнение лука ( Allium cepa ) и культуры ткани лука. IV. Влияние морфогенеза побегов и корней на синтез предшественников аромата в культуре ткани лука.

Новый фитолог

87

, ​​

257

–268.

Урано Ю., Манабе Т., Нодзи М., Сайто К.

2000

. Молекулярное клонирование и функциональная характеристика кДНК, кодирующих цистеинсинтазу и серинацетилтрансферазу, которые могут быть ответственны за высокое клеточное содержание цистеина в Allium tuberosum .

Gene

257

, ​​

269

–277.

Виртанен А.И., Матиккала Э.Дж.

1959

. Выделение сульфоксида S -метилцистеина и сульфоксида S - n -пропилцистеина из лука ( Allium cepa ) и антибиотическая активность измельченного лука.

Acta Chemica Scandinavica

13

, ​​

1898

–1900.

Virtanen AI, Spåre C-G.

1961

.Выделение предшественника слезоточивого фактора из лука ( Allium cepa ).

Suomen Kemistilehti

B

34

, ​​

72

.

Warrilow AGS, Хоксфорд MJ.

2002

. Модуляция активности цианоаланинсинтазы и O -ацетилсерин (тиол) лиаз A и B β-замещенными ингибиторами аланила и анионов.

Журнал экспериментальной ботаники

53

, ​​

439

–445.

Whitaker JR.

1976

. Развитие вкуса, запаха и остроты лука и чеснока.

Достижения в исследованиях пищевых продуктов

22

, ​​

73

–133.

Wittstock U, Halkier BA.

2002

. Исследование глюкозинолатов в эпоху Arabidopsis .

Тенденции в растениеводстве

7

, ​​

263

–270.

Золман Б.К., Монро-Огастес М., Томпсон Б., Хоуз Дж. В., Крукенберг К.А., Мацуда СПТ, Бартель Б.

2001

. chy1 , мутант Arabidopsis с нарушенным β-окислением, дефектен пероксисомальной β-гидроксиизобутирил-КоА гидролазой.

Журнал биологической химии

276

, ​​

31037

–31046.

Журнал экспериментальной ботаники , Vol. 55, № 404, © Общество экспериментальной биологии, 2004; все права защищены

Биосинтез предшественников вкуса лука и чеснока | Журнал экспериментальной ботаники

Аннотация

Лук ( Allium cepa ), чеснок ( A.sativum ) и другие Allium s важны из-за кулинарной ценности их вкуса и запаха. Они характерны для каждого вида и создаются путем химического превращения ряда летучих соединений серы, образующихся при расщеплении относительно стабильных, без запаха, S -алк (эн) илцистеинсульфоксидных предшественников ароматизатора ферментами аллииназой и синтазой слезоточивого фактора. . Эти вторичные метаболиты представляют собой S -метилцистеинсульфоксид (MCSO, метиин; присутствует в большинстве Allium s, некоторые Brassicaceae), S -аллилсульфоксид цистеина (ACSO, аллиин; характерен для чеснока), S - транс--проп-1-енилцистеинсульфоксид (PECSO, изоаллиин; характерен для лука) и S -пропилсульфоксид цистеина (PCSO, пропиин; в луке и родственных ему видах).Информация, полученная в результате исследований трансформации предполагаемых промежуточных продуктов биосинтеза, радиоактивных меток и измерений соединений серы в луке и чесноке, предоставила информацию, позволяющую предположить путь биосинтеза. Это может включать алк (ен) илилирование цистеина в глутатион с последующим расщеплением и окислением с образованием предшественников ароматизатора сульфоксида алк (ен) ил цистеина. Также есть свидетельства того, что синтез предшественников ароматизаторов может включать (тио) алк (ен) илилирование цистеина или предшественника, такого как O -ацетилсерин.Оба пути могут происходить в зависимости от физиологического состояния ткани. Существуют признаки того, что влияние факторов окружающей среды, таких как доступность серы, указывает на то, что контроль биосинтеза каждого предшественника ароматизатора может быть разным. Метаболизм цистеина и глутатиона обсуждается, чтобы указать на параллели с биосинтезом предшественника вкуса Allium . Наконец, предлагаются возможные пути разведки для определения происхождения in planta алк (ен) ильных групп.

Введение

Allium s - большой род, содержащий около 700 видов, включая экономически важные овощи и цветущие декоративные растения, а также дикие виды из Европы, Азии и Америки (Fenwick and Hanley, 1985). Их вкус и запах легко узнаваемы в овощах, таких как Allium cepa L. (лук), Allium sativum L. (чеснок), Allium porrum L. (лук-порей), Allium schoenoprasum L.(чеснок) и Allium fistulosum L. (пучковый или валлийский лук). Многие другие представители этого рода выращиваются из-за декоративной ценности своих цветов. Большинство из них растут как двухлетние, давая в конце первого вегетационного периода луковицу для подземного хранения, которая цветет в следующем. Многие дают семена, хотя чеснок обычно не дает. Все они не имеют запаха до тех пор, пока ткань не будет повреждена, после чего все они вырабатывают летучие и реактивные серосодержащие химические вещества, которые вызывают их наиболее известную характеристику.

Природа и происхождение этих ароматических соединений, особенно в луке и чесноке, изучаются с 1940-х годов. Вскоре стало очевидно, что при повреждении растительной ткани сравнительно стабильные предшественники аромата расщепляются с образованием ряда летучих соединений серы, которые претерпевают дальнейшие химические превращения в паровой фазе. Были проведены обширные исследования и обзоры этих газообразных химикатов (Whitaker, 1976; Block, 1992), и они не будут здесь подробно обсуждаться.Вместо этого этот обзор будет сосредоточен на текущих знаниях о биосинтезе предшественников ароматизаторов, сульфоксидов (+) - S -алк (ен) илцистеина (CSO) и их родственников γ-глутамилпептида (γGP). Хотя биосинтетический путь был опубликован (Granroth, 1970; Lancaster and Shaw, 1989), все еще существует значительная неопределенность в отношении нескольких стадий, взаимосвязи между CSO и γGP и того, следует ли один и тот же путь во всех тканях.

Исследования сосредоточены вокруг роли γGP в пути биосинтеза и происхождения алк (ен) ильных заместителей цистеина.Также был значительный интерес к тому, является ли синтез соединений взаимосвязанным и как он регулируется. О некоторых аспектах, таких как стадия окисления, необходимая для образования сульфоксида, известно очень мало. Имеется некоторая информация о субклеточном расположении биосинтеза аромата и о перемещении предшественников аромата и γGP во время развития растений. После перечисления предшественников аромата, которые были идентифицированы в Allium s, в этом обзоре будет кратко описаны аналогичные соединения, которые были обнаружены в других растениях, предполагая, что этот путь биосинтеза может быть одним из примеров более широко распространенного вторичного метаболического пути.За этим последует набросок доказательств использования γGP в качестве промежуточных продуктов в биосинтезе предшественника вкуса Allium и источника S -алк (ен) ильных групп предшественников. Также будут рассмотрены исследования влияния факторов окружающей среды на биосинтез предшественников аромата. Наконец, будет рассмотрена информация о биосинтезе цистеина, реакциях, в которых участвует глутатион, и источниках алкильных доноров в других растениях, поскольку это основные пути, которые имеют параллели с биосинтезом предшественника ароматизатора Allium .

Биосинтетические пути, предложенные для предшественников ароматизатора Allium , основаны главным образом на химическом анализе и исследованиях радиоактивных индикаторов. Большинство ферментативных активностей, которые потребуются для предложенных этапов биосинтеза, происходят из больших семейств белков, где in vivo тканевая, онтогенетическая и субстратная специфичность большинства членов еще предстоит установить. Применение молекулярно-генетических методов и трансформации растений позволило понять многие аспекты метаболизма растений, и в будущем эти подходы могут открыть новые возможности для улучшения знаний об этой группе вторичных метаболитов, имеющих экономическое, медицинское и кулинарное значение.

Прекурсоры ароматизатора

Allium s

Четыре нелетучих CSO без запаха (таблица 1) являются предшественниками аромата и запаха Allium s. Это S -метилцистеинсульфоксид (MCSO, метиин; присутствует в большинстве Allium s, некоторые Brassicaceae), S -аллилсульфоксид цистеина (ACSO, аллиин; характерен для чеснока), S - транс - транс -проп-1-енилцистеинсульфоксид (PeCSO, изоаллиин; характерен для лука) и S -сульфоксид-пропилцистеина (PCSO, пропиин; в луке и родственных ему видах).Фермент аллииназа (EC 4.4.1.4) расщепляет эти предшественники с образованием пирувата, аммиака и тиосульфината. Последний подвергается дальнейшим реакциям, так что запах Allium s со временем меняется (Whitaker, 1976). Разложение наиболее широко распространенного из этих предшественников вкуса, MCSO, дает запахи, которые обычно описываются как «капустный» или «свежий лук», в то время как легко различимый запах чеснока происходит аналогичным образом от ACSO. Слезотечение, характерное для лука, вызвано летучим продуктом - пропантиалом S -оксидом (Brodnitz and Pascale, 1971).До недавнего времени считалось, что он образуется спонтанно из тиосульфинатных продуктов реакции аллииназы. Однако он генерируется активностью второго фермента, синтазы слезоточивого фактора, вслед за действием аллииназы на PeCSO, главный предшественник вкуса лука (Imai et al. , 2002). Четвертый предшественник ароматизатора, PCSO, также содержится в луке, а также в нескольких других Allium s. Хотя есть сообщения о появлении других сульфоксидов (+) - S -алк (en) илцистеина в составе Allium s, несколько (например,грамм. 1-оксид 5-метил-1,4-тиазан-3-карбоновой кислоты (циклоаллиин) (Whitaker, 1976), вероятно, образуется в результате химического превращения во время аналитических процедур, а не синтезируется in vivo . Другие, например (+) - S -этилцистеинсульфоксид (Kubec et al. , 2000), являются лишь незначительными составляющими или не обнаруживаются большинством рабочих. Тем не менее, есть несколько сообщений о других сульфоксидах алк (ен) илцистеина в качестве основных предшественников ароматизаторов в декоративных Allium s, таких как S -метилтиометилцистеин-4-оксид (маразмин) в Tulbaghia violacea Harv.(чеснок общества) (Kubec et al. , 2002 a ) и S -бутилсульфоксид цистеина в Allium siculum Ucria. (медовый чеснок) (Кубец и др. , 2002 b ).

Помимо CSO, несколько производных γ-глутамилпептида (γGP) этих ароматических соединений были обнаружены в пределах Allium s (Whitaker, 1976). Выделено более 17 типов (Granroth, 1970), включая γ-глутамил- S -алк (ен) илглутатионы, γ-глутамил- S -алк (ен) илцистеины и γ-глутамил- S . -алк (ен) илцистеинсульфоксиды, все из которых предположительно являются производными глутатиона (γ-глутамилцистеинилглицин).Хотя кажется, что они не вносят непосредственного вклада в аромат, в настоящее время считается, что они являются промежуточными звеньями в биосинтезе, а также могут действовать как запасы азота и серы. Их роль в пути биосинтеза будет обсуждаться ниже.

Allium запах других видов

Растения производят очень большое количество низкомолекулярных соединений, традиционно называемых вторичными метаболитами, выполняющими ключевые функции, включая воспроизводство, защиту, патогенность, устойчивость к стрессу и хранение ресурсов.Биосинтетические пути большинства вторичных метаболитов не описаны подробно, и многие из них, очевидно, сложны (Wittstock and Halkier, 2002). Предположение, что 15-25% генома каждого растения посвящено вторичному метаболизму, является еще одним показателем его важности (Pichersky and Gang, 2000). Таким образом, одна из проблем при изучении вторичного метаболизма состоит в том, чтобы выяснить, какие аспекты синтеза, хранения, функции и деградации конкретного вторичного метаболита разделяют пути, параллельные первичному метаболизму и общие для разных родов, а какие уникальны. к виду или роду.

Области метаболизма, которые участвуют в биосинтезе предшественников вкусовых добавок Allium s, а именно метаболизм цистеина и глутатиона, являются теми, которые имеют решающее значение в таких важных процессах, как поглощение серы растениями, окислительно-восстановительный гомеостаз и детоксикация ксенобиотиков. . Ароматические соединения Allium s могут быть там, где эта способность была использована для производства новых вторичных метаболитов, и поэтому они особенно интересны как пример группы вторичных метаболитов, которые не отличаются от нескольких первичных метаболитов.

Характерный запах Allium был обнаружен у растений двудольных родов, а также у грибов. В нескольких случаях химический анализ идентифицировал соединения, которые похожи на предшественники ароматизатора Allium s, что позволяет предположить, что они могут быть одним из наиболее хорошо изученных и используемых примеров более широко распространенной вторичной метаболической активности. MCSO присутствует у представителей семейства Brassicaceae. Он обнаружен у всех Brassica oleracea L.овощи, такие как капуста, брокколи и цветная капуста (Stoewsand, 1995) и род Raphanus L., а также модельное растение Arabidopsis thaliana Heynh. (Кубец и др. , 2001).

Соединения, относящиеся к предшественникам ароматизатора Allium , также были обнаружены в нескольких тропических растениях. Запах чеснока исходит от листьев и особенно корней Petiveria alliacea L. (семейство Phytolaccaceae; анаму, чесночный сорняк), многолетнего кустарника, произрастающего в тропических лесах Амазонки и других тропических регионах.Соединение S сульфоксид -бензилцистеина было выделено из свежих корней этого растения (Kubec and Musah, 2001). Дерево Scorodocarpus borneensis Becc. (семейство Olacaceae; синду, древесный чеснок), растет в Малайзии и на Борнео, а также издает сильный запах чеснока при повреждении. Аминокислотные производные S -метилтиометилцистеин-4-оксид и S -метилтиометилцистеин были выделены из его плодов на уровнях, аналогичных MCSO в Brassica sp.(Кубота и др. , 1998). Они могут быть расщеплены лиазой сульфоксида цистеина брокколи (C-S-лиаза) с образованием пирувата и летучих соединений серы с запахом чеснока. Интересно, что маразмин и γ-глутамил-маразмин были впервые выделены из плодовых тел нескольких видов базидиомицетов ( Marasmius alliaceus (Jacq. Ex Fr.) Fr., M. scorodonius Fr. и M. prasiosmus). Fr.), которые при измельчении приобретают сильный запах чеснока (Gmelin et al., 1976), а маразмин также был идентифицирован в одном из видов: Allium , Tulbaghia violacea , хотя конфигурация сульфоксидной группы была иной у базидиомицетов (Kubec et al. , 2002 a ).

Присутствие S -метилцистеина и γ-глутамилметилцистеина, но не их сульфоксидов, было отмечено у видов Fabaceae (Ellis and Salt, 2003), включая представителей Phaseolus L. и Vigna. Сави.родов, а также Melilotus indicus L. Эти роды могут использовать S -метилцистеин для транспортировки восстановленной серы и γ-глутамилметилцистеин для хранения серы в семенах, поскольку их протеины семян содержат мало серосодержащих аминокислот. Гипераккумулятор селена Astragalus bisulcatus A. Грей производит селеновый аналог S -метилцистеина для предотвращения неспецифического включения селеноцистеина в белки или превращения в селенометионин, тем самым обеспечивая устойчивость растений к селену.В семенах накапливается γ-глутамилметилселеноцистеин.

Allium Геномы

Геномы в пределах Allium s особенно велики. Оценки количества 2C ДНК на геном у 75 видов Allium () варьировались от 16,93 до 63,57 пг (Ohri and Pistrick, 2001). И лук, и чеснок диплоидны (2 n = 16). Ядерный геном лука оценивается примерно в 15 290 Мбит / с на 1С, из которых не более 6% - это однокопия ДНК, и чеснок имеет аналогичный размер ( c .15 901 Мбит / с). Содержание GC в ДНК лука составляет 32%, что является одним из самых низких значений для любого покрытосеменного, но в кодирующих областях оно выше, примерно равное Arabidopsis thaliana (Kuhl et al. , 2004). Цитогенетических доказательств полиплоидного происхождения нет, а молекулярные исследования геномов Allium ограничены. В одном исследовании генетическая карта лука с низкой плотностью со 116 маркерами, основанная в первую очередь на полиморфизмах длины рестрикционных фрагментов (King et al. , 1998), показала, что дублированные локусы присутствуют чаще, чем можно было бы ожидать для диплоида.Среди дублированных генов, идентифицированных и картированных Кингом и сотрудниками, были аллииназа и глутатион-S -трансфераза, а также члены других семейств генов. McCallum et al. (2002) недавно клонировали луковые гомологи ключевых генов в пути ассимиляции серы, и недавно стал доступен набор из более чем 10 000 тегов последовательности, экспрессируемых луком (Kuhl et al. , 2004). Хотя определения могут быть сделаны на основе общих мотивов, в настоящее время невозможно определить точную функцию большинства членов семейств генов без индивидуального биохимического и молекулярно-биологического исследования.Таким образом, применение информации, полученной от других растений, для биосинтеза предшественников ароматизатора Allium может быть полезным, но потребует подтверждения в течение Allium s.

Роль ароматических соединений в

Allium s

Один из самых интригующих вопросов об ароматических соединениях - их роль в Allium s. Уровни небелковых производных цистеина и глутатиона составляют 1–5% от сухого веса (Lancaster and Kelly, 1983), что указывает на то, что это основная биосинтетическая активность в растении.Две роли, которые были приписаны, заключаются в защите от вредителей и хищников, особенно в зимующей луковице, и в хранении и транспортировке углерода, азота и серы (Lancaster and Boland, 1990). Было проведено обширное исследование антимикробных свойств экстракта Allium in vitro , рассмотренного Анкри и Мирельманом (1999), но существует меньше примеров in vivo , особенно исследований, посвященных тому, как ароматические соединения передают преимущество луку . с.Устойчивость к болезням не была приоритетом при селекции современных коммерческих сортов лука, поэтому трудно оценить влияние вкусовых соединений (Б. Смит, личное сообщение). В целом, как сообщается, лук с мягким вкусом хуже хранится.

Однако несколько видов насекомых и грибов приобрели специальные взаимодействия с Allium s, где летучие ароматические вещества являются аттрактантами для специализированных питателей и патогенов. Полевые эксперименты на Sclerotium cepivorum Berk.возбудитель белой гнили, одного из наиболее экономически значимых грибковых заболеваний лука и чеснока, показал сильную зависимость от присутствия летучих ароматизаторов для прорастания склероций (Coley-Smith, 1986). Точно так же луковая моль Acrolepiopsis Assectella Zeller и луковая муха Delia antiqua Meigen привлекаются к своим соответствующим растениям-хозяевам летучими ароматическими веществами (Romeis et al. , 2003). В случае белой гнили нет действительно устойчивых сортов лука, и экспериментальное заражение может быть затруднено.Частично эта изменчивость может быть связана с луком, но также с условиями окружающей среды и грибком (Earnshaw et al. , 2000).

Одно интересное наблюдение о роли предшественников аромата было получено в эксперименте Паркина и Томаса (1996) по влиянию элиситоров на уровни предшественников аромата при дифференциации культур каллуса лука. Элиситоры, являющиеся фрагментами патогенов растений, тканями растений или сигнальными молекулами, могут запускать продукцию защитных соединений при их представлении в тканевых культурах (Collin, 2001).В их экспериментах фрагменты клеточной стенки лука и грибов, а также сигнальная молекула салициловой кислоты подавляли выработку предшественников аромата. Это противоположно тому, что можно было бы ожидать, если ароматические соединения участвуют в защите растений.

Биосинтез предшественников ароматизаторов

Allium s

Исследование биосинтеза ароматических соединений Allium началось с открытия Столлом и Зеебеком (1947) того факта, что ACSO присутствует в тканях чеснока в качестве стабильного источника диаллилтиосульфината (аллицина), основного летучего ароматизатора.Они продемонстрировали, что для превращения ACSO в аллицин требуется фермент аллииназа. Еще два производных сульфоксида цистеина, MCSO и PCSO, были идентифицированы в луке Виртаненом и Матиккала (1959), а четвертый сульфоксид цистеина, PeCSO, вскоре был идентифицирован в луке (Virtanen and Spåre, 1961). Также стало очевидно, что Allium s содержат значительные количества γ-глутамилпроизводных этих соединений (обзор в Whitaker, 1976).

Ланкастер и его коллеги предложили путь (Lancaster and Shaw, 1989; Lancaster et al., 1989; Randle et al. , 1995), требуя γGP в качестве промежуточных продуктов, что стало принято в качестве биосинтетического пути (Block, 1992; Prince et al. , 1997). Путь основан, главным образом, на исследованиях радиоактивной метки и анализе тканей Allium . Он предполагает (рис. 1A), что биосинтез предшественников ароматизаторов в Allium s происходит через S -алк (эн) илилирование цистеина в глутатион с последующей транспептидацией для удаления глицильной группы, окислением до сульфоксида цистеина. и, наконец, удаление глутамильной группы с образованием CSO.Этот путь имеет параллели с деградацией глутатиона (Leustek et al. , 2000), что будет обсуждаться позже. Альтернативный путь биосинтеза (рис. 1B) исключает глутатион в пользу прямого алк (ен) илилирования цистеина или тиоалк (ен) илилирования O- ацетилсерина с последующим окислением до сульфоксида. Это также имеет параллели в производстве нескольких вторичных метаболитов, опосредованных цистеинсинтазой (CS, EC 4.2.99.8, также известной как O -ацетилсеринтиоллиаза) (Ikegami and Murakoshi, 1994).В обоих путях были подробно изучены некоторые из предложенных биосинтетических ферментов из Allium s, и их роль была выведена из других систем. Относительный вклад обоих путей во всех тканях и на протяжении всей истории жизни также неясен, и источник алк (ен) ильных групп еще предстоит выяснить.

Рис. 1.

Два предложенных пути синтеза предшественников ароматизатора Allium , показанные для синтеза сульфоксида метилцистеина.Предполагается, что биосинтез других предшественников протекает аналогично, но с участием другого донора алк (ен) ила. (адаптировано из Granroth, 1970; Lancaster and Shaw, 1989). Путь A (слева) иллюстрирует участие глутатиона, который метилируется, а затем за счет потери глицина, окисления и, наконец, потери γ-глутамильной группы, превращающейся в метилцистеинсульфоксид. Путь B показывает альтернативный путь через прямое метилирование O -ацетилсерина с образованием метилцистеинсульфоксида.

Рис. 1.

Два предложенных пути синтеза предшественников ароматизатора Allium , показанные для синтеза сульфоксида метилцистеина. Предполагается, что биосинтез других предшественников протекает аналогично, но с участием другого донора алк (ен) ила. (адаптировано из Granroth, 1970; Lancaster and Shaw, 1989). Путь A (слева) иллюстрирует участие глутатиона, который метилируется, а затем за счет потери глицина, окисления и, наконец, потери γ-глутамильной группы, превращающейся в метилцистеинсульфоксид.Путь B показывает альтернативный путь через прямое метилирование O -ацетилсерина с образованием метилцистеинсульфоксида.

Одна техническая проблема в экспериментах с использованием поврежденных тканей Allium , таких как разрезанные листья или сегменты луковиц, заключается в том, что аллииназа высвобождается и может расщеплять вновь образованные предшественники аромата. Кроме того, пептидазы и γ-глутамилтранспептидазы (EC 2.3.2.2) присутствуют в тканях лука и чеснока (Lancaster and Shaw, 1991; Ceci et al., 1992; Hanum et al. , 1995), предоставляя дополнительные возможности для обмена между биосинтетическими промежуточными продуктами предшественников ароматизаторов. Это может объяснить некоторые расхождения в результатах между разными исследовательскими группами. Некоторые исследования пытались избежать повреждения тканей, отслеживая поступление 35 S-сульфата в корни проростков или прорастающих луковиц. Другая стратегия использует культуру ткани, где тонкая кутикула позволяла вводить потенциальные биосинтетические промежуточные продукты в неповрежденные, но недифференцированные клетки.

Роль γ-глутамилпептидов в биосинтезе предшественника ароматизатора

Allium

Lancaster and Shaw (1989) исследовали биосинтетические отношения между γGP и CSO, проследив судьбу короткого импульса 35 S-сульфата в листьях, вырезанных из проростков лука, прорастающих зубчиков чеснока и луковиц декоративного Allium siculum. . Это исследование легло в основу предположения, что γGP являются промежуточными продуктами биосинтеза CSO.Глутатион, γ-глутамилцистеин, γ-глутамилпропенилцистеинсульфоксид, метилглутатион и S -2-карбоксипропилглутатион, наряду с несколькими неидентифицированными соединениями, были помечены в течение первых 15 минут, в то время как для радиоактивной метки потребовалось 6 часов. появляются в ОГО. Хотя на протяжении всего эксперимента в глутатионе было обнаружено некоторое количество 35 S, радиоактивная метка не была обнаружена в γGP после первого дня. В листьях лука MCSO вела себя иначе, чем PeCSO и PCSO, в том смысле, что количество метки оставалось неизменным при измерениях, проведенных через 7 дней, тогда как в PeCSO количество меток увеличилось к этому времени в 8 раз, а в PCSO - в 5 раз. 35 S-меченный S -2-карбоксипропилглутатион был обнаружен в луке и чесноке, но не в A. siculum .

Таким образом, импульс радиоактивной серы был включен сначала в глутатион и γGP, а затем в CSO. Появление меченного радиоактивным изотопом сульфата в глутатионе не является неожиданным, поскольку сульфат ассимилируется в цистеин, и было подсчитано, что одна треть этого количества немедленно направляется в реакции цикла глутатиона. Хотя MCSO присутствует в луке и чесноке, он был основным предшественником вкуса, обнаруженным в A.siculum Ланкастера и Шоу (1989). Присутствие меченого S -2-карбоксипропилглутатиона в луке и чесноке, но не A. siculum , позволяет предположить, что он является промежуточным звеном в биосинтезе аллильной, пропенильной и пропильной групп CSO (рис. 2), в согласии с Гранротом (1970). Аналогичное исследование (Эдвардс и др. , 1994) с использованием интактных наборов прорастающего лука показало, что характер включения отличался в неповрежденных тканях, при этом большая часть радиоактивности происходила в CSO с небольшим указанием на то, что метка была в γGP. до входа во фракцию CSO.Различия, наблюдаемые в ходе этих двух исследований, могут быть вызваны метаболическими различиями между интактными растениями и отделившимися стареющими листьями. Эти эксперименты, тем не менее, предоставили убедительный путь биосинтеза и объяснение взаимосвязи между несколькими соединениями серы, обнаруженными в Allium s. Однако биосинтез в разных тканях и состояниях развития, происхождение алк (ен) ильных групп, а также взаимосвязь между CSO и γGP требуют дальнейшего изучения.

Рис. 2.

Предлагаемый путь биосинтеза аллильных, пропенильных и пропильных групп предшественников ароматизатора Allium (адаптировано из Granroth, 1970; Lancaster and Shaw, 1989). Показанный путь демонстрирует, как метакрилат может быть преобразован в аллильную, пропильную или пропенильную группу. Другие промежуточные продукты в биосинтезе предшественников ароматизаторов не показаны.

Рис. 2.

Предлагаемый путь биосинтеза аллильных, пропенильных и пропильных групп предшественников ароматизатора Allium (адаптировано из Granroth, 1970; Lancaster and Shaw, 1989).Показанный путь демонстрирует, как метакрилат может быть преобразован в аллильную, пропильную или пропенильную группу. Другие промежуточные продукты в биосинтезе предшественников ароматизаторов не показаны.

Происхождение заместителей алк (ен) ила

Цистеин, как известно, химически реагирует с метакриловой кислотой с образованием S -2-карбоксипропилцистеина, обеспечивая таким образом путь к алк (ен) ильным группам в ACSO, PeCSO и PCSO. Гранрот (1970) уже показал, что 14 C-валин дает радиоактивно меченную метакриловую кислоту, которая может реагировать с глутатионом с образованием S -2-карбоксипропилглутатиона. In vivo , метакрилил-КоА является промежуточным звеном катаболизма валина (Zolman et al. , 2001), обеспечивая источник этого материала внутри клетки. На основании этих данных было сделано предположение, что все алк (ен) ильные боковые цепи в CSO (кроме метильной) были образованы из S -2-карбоксипропильной группы посредством декарбоксилирования и восстановления, как показано на рис. 2. В качестве дополнительных доказательств для этого маршрута in vivo , как Granroth (1970), так и Suzuki et al. (1962) идентифицировал включение 14 C-валина в S -2-карбоксипропилцистеин и S -2-карбоксипропилглутатион.Кроме того, Гранрот (1970) подтвердил, что лук может гидролизовать S -2-карбоксипропилглутатион и что в ткани листьев лука S -2-карбоксипропилцистеин быстро превращается в PeCSO, хотя и без включения радиоактивной метки в S. -2-карбоксипропилглутатион.

Эксперименты для определения способности лука превращать S -2-карбоксипропилцистеин в PeCSO были также проведены Парри и его коллегами. Мечение атома серы и пропильной группы в S -2-карбоксипропилцистеине показало, что луковые растения превращали его в PeCSO без значительных изменений (Parry and Sood, 1989).Эти эксперименты также предоставили информацию об окислительном декарбоксилировании S -2-карбоксипропилцистеина. Тритий в C-2 карбоксипропильной группы оставался в PeCSO, в то время как тритий в C-3 терялся. Это указывает на то, что производное 3-кето- S -2-карбоксипропилцистеина не является промежуточным продуктом в реакции декарбоксилирования. Последующие эксперименты, в которых S -2-карбоксипропилцистеин стереоспецифически тритировали по C-3, доказали, что конфигурация реакции была такой же, как и при декарбоксилировании, связанном с биосинтезом порфирина и терминального алкена у растений (Parry and Lii, 1991).

Есть признаки того, что включение серы в CSO и окисление до сульфоксида осуществляется ферментами с широкой субстратной специфичностью. Биосинтез цистеина путем добавления серы к O -ацетилсерину требует членов семейства цистеинсинтаз, некоторые члены которого, как известно, играют роль во вторичном метаболизме (Ikegami and Murakoshi, 1994). Хотя цистеин может быть алк (ен) илилирован в составе трипептида глутатиона, есть убедительные доказательства того, что это также может происходить во время синтеза одной аминокислоты.Инкубация листьев лука или чеснока с 14 C-серином и рядом тиолов (включая этантиол, бензолметантиол и 2-тиоэтанол) приводила к синтезу соответствующих замещенных цистеинов с радиоактивной меткой (Granroth, 1970). В целом согласны с этой работой, эксперименты Turnbull et al. (1981) показал, что проникновение 14 C-серина и 14 C-цистеина в прорастающие листья лука привело к включению радиоактивности как в MCSO, так и в PeCSO.Добавление серина и либо 2-пропентиола, либо этантиола к культурам корня лука привело к синтезу ACSO и S -этил CSO (Prince et al. , 1997), ни один из которых обычно не синтезируется луком. Однако наблюдение, что доставка меченного радиоактивным изотопом цистеина в ткань лука (Granroth, 1970) всегда приводила к быстрому образованию PeCSO, предполагает, что это происходит непосредственно из цистеина. Если бы перенос тиоалкила на O -ацетилсерин был единственным источником биосинтеза CSO, то маловероятно, что радиоактивные метки попадут в CSO из цистеина.

Доказательства общей природы стадии окисления получены из нескольких исследований, которые демонстрируют окисление экзогенных S -алк (ен) илцистеинов до соответствующего сульфоксида. Гранрот (1970) показал, что S -метилцистеин, S -этилцистеин, S -пропилцистеин и S -пропенилцистеин могут быть окислены до соответствующего сульфоксида тканью лукового листа. Более поздние эксперименты подтверждают этот вывод. Например, ткани лука, чеснока и лука-пучка были способны преобразовывать S -аллилцистеин в ACSO, даже если эти виды не продуцируют ACSO (Ohsumi et al., 1993), с указанием того, что окисление опосредовано стереоспецифическим ферментом. Оксидаза, предложенная Ланкастером и Шоу (1989) для действия на γ-глутамил- S -алк (ен) илцистеины, может, следовательно, также распознавать S -алк (ен) илцистеины.

Контроль биосинтеза предшественников ароматизаторов: биосинтез в культуре тканей

Путь биосинтеза предшественников ароматизаторов в луке и чесноке, по-видимому, не ограничен определенной тканью или типом клеток.Синтез вторичных метаболитов недифференцированными клетками во многих культурах растительных клеток или тканей обычно намного ниже, чем в интактном растении, но изменение условий роста может стимулировать значительное увеличение урожайности (Collin, 2001). Таким образом, исследования с использованием культур тканей лука и чеснока могут дать представление о том, может ли добавление каких-либо предлагаемых биосинтетических промежуточных продуктов стимулировать этапы биосинтеза CSO. Все исследования показывают, что аллииназа присутствует в культурах тканей лука (Davey et al., 1974), но основные предшественники аромата отсутствуют или присутствуют только в небольших количествах в недифференцированной каллусе. Недифференцированные бесцветные каллусы лука и чеснока содержали менее 10% от уровня предшественников аромата в луковицах и почти полностью содержали MCSO (Селби и др. , 1979; Ланкастер и др. , 1988). Следовые количества PeCSO могут быть обнаружены в каллусе лука после инкубации с 14 C-цистеином или серином (Turnbull et al. , 1981), что указывает на то, что этот путь биосинтеза был активен только в очень ограниченной степени.Имеются сообщения о низких уровнях ACSO и PCSO в недифференцированном каллусе чеснока (Madhavi et al. , 1991), а также о PCSO и PeCSO в каллусе лука-чеснока (Mellouki et al. , 1996), что позволяет предположить, что Allium виды в культуре ткани могут различаться по биосинтетической способности.

Синтез полного спектра предшественников аромата может возобновиться, если каллусам будет позволено повторно дифференцироваться или восстановить способность к фототрофному метаболизму. Как только каллус чеснока снова дифференцировался в зеленые побеги или корни (Lancaster et al., 1988), ткани содержали ACSO, MCSO и PCSO на уровнях, сопоставимых с интактными растениями. Возобновление синтеза предшественника вкуса после повторной дифференцировки каллуса лука на побеги и корни после удаления ауксина 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты (2,4, D) было зарегистрировано ранее Turnbull et al. (1981), а ауксин-4-амино-3,5,6-трихлорпиколиновая кислота (пиклорам) индуцировала PeCSO даже на высоких уровнях, которые подавляли явную дифференцировку (Musker et al., 1988).

Добавление доноров S -alk (en) ила или предполагаемых промежуточных продуктов биосинтеза способствует синтезу CSO в тканевых культурах. Очень низкие уровни MCSO и ACSO были обнаружены в побеговых каллюсах чеснока (90 мкМ CSO по сравнению с 6,0 мМ в луковицах) вместе со следовыми количествами S -аллилцистеина и S -метилцистеина (Ohsumi et al. , 1993), но добавление 2-пропентиола к культуральной среде приводило к обнаруживаемым уровням как S, -аллилцистеина, так и ACSO в течение нескольких часов.Недавние эксперименты в нашей лаборатории также продемонстрировали, что как луковые, так и тканевые культуры чеснока способны синтезировать ACSO, если они снабжены 2-пропентиолом или S -аллил-L-цистеином, и PCSO, когда поставляются с пропилтиолом или S - пропил-L-цистеин (J Hughes, неопубликованная работа). Синтез PeCSO может быть аналогичным образом восстановлен до значительных уровней в культуре каллуса лука с помощью S -2-карбоксипропилцистеина или S -пропенилцистеина (Selby et al., 1980). Потенциальные промежуточные продукты, полученные ранее в пути биосинтеза, не имели такого эффекта. Это предполагает, что отсутствие биосинтеза ароматических соединений в культурах ткани лука происходит из-за ингибирования образования S -2-карбоксипропилцистеина.

Таким образом, имеется экспериментальное свидетельство синтеза CSO, протекающего через алк (ен) илилированный свободный цистеин и через S -алк (ен) илилированный глутатион. Вопрос о том, действуют ли оба пути постоянно во всех тканях, еще предстоит решить, но информация о ферментах, необходимых для обоих путей, могла бы помочь в ответе.

Пептидазы и транспептидазы

Связь между γ-глутамилпептидами и алк (ен) илцистеинсульфоксидами, предложенная Ланкастером и соавторами (Lancaster and Shaw, 1989; Lancaster et al. , 1989; Randle et al. , 1995), где первые являются биосинтетическими предшественниками последнего, требуется активность ферментов по удалению глициловых и γ-глутамильных остатков из возникающего алк (ен) илсульфоксида. γ-глутамилтранспептидаза катализирует перенос γ-глутамильной группы от γ-глутамилпептидов либо к аминокислотам, либо к другим пептидам.Этот фермент может также действовать как γ-глутамилпептидаза, требуя только воды в качестве акцептора. У млекопитающих и микроорганизмов он участвует в «γ-глутамиловом цикле» (рис. 3), который разрушает глутатион и участвует в транспорте цистеина (Noctor et al. , 2002). Обе эти активности были обнаружены в водных экстрактах гвоздики и листьев проросшего сорта чеснока Red (Ceci et al. , 1992). Активность ферментов была выше в быстрорастущих листьях. Активность гамма-глутамилпептидазы была зафиксирована в листьях лука-чеснока и снизилась до 5% от этого уровня в клеточных культурах (Mellouki et al., 1996). Добавление экзогенной пептидазы увеличивало выход аллииназной реакции из культур клеток лука-чеснока, предполагая, что недостаток γ-глутамилтранспептидазы также может быть причиной низких уровней предшественников аромата в культуре тканей.

Рис. 3.

Предлагаемые пути деградации глутатиона у растений и животных. (Адаптировано из Leustek et al. , 2000; Noctor et al. , 1998.) Путь A (слева) указывает на γ-глутамиловый цикл у животных.Путь B (справа) указывает на второй путь, который существует по крайней мере в некоторых растениях.

Рис. 3.

Предлагаемые пути деградации глутатиона у растений и животных. (Адаптировано из Leustek et al. , 2000; Noctor et al. , 1998.) Путь A (слева) указывает на γ-глутамиловый цикл у животных. Путь B (справа) указывает на второй путь, который существует по крайней мере в некоторых растениях.

Активность γ-глутамилпептидазы была обнаружена в листьях, корнях и луковицах растущего лука, но не в спящих луковицах разновидности Саутпорт Уайт Глоб (Lancaster and Shaw, 1991).Однако он был обнаружен в хранящихся луковицах лука сорта Спартан Баннер, когда они хранились при 20 ° C в течение 8 месяцев. Активность постепенно увеличивалась с четвертого месяца в магазине (Hanum et al. , 1995). Измерение сульфоксида γ-глутамилпропенилцистеина и PeCSO в луковицах семи сортов лука при хранении в прохладном месте в течение 4 месяцев показало постепенное снижение уровней сульфоксида γ-глутамилпропенилцистеина и повышение уровней PeCSO (Kopsell et al. , 1999).Исследование луковиц показало, что некоторые из них оставались бездействующими во время хранения, в то время как другие сорта выходили из состояния покоя после первого месяца. Очевидно, что сорта лука различаются по характеристикам хранения, и это может объяснить разные результаты по активности γ-глутамилтранспептидазы, обнаруженные в этих исследованиях.

В прорастающих луковицах лука это связано с гидролизом и ремобилизацией γGP. Γ-глутамилтранспептидаза была частично очищена из лука (Lancaster and Shaw, 1994), который проявлял как пептидазную активность, которая не зависела от pH, так и активность транспептидазы, которая существенно повышалась при pH выше 8.0. Он показал значения K m между 0,4 мМ и 2,0 мМ для нескольких производных γ-глутамила и значение K m для глутатиона 5 мМ. Его субстраты включали γ-глутамилметилцистеин, γ-глутамилпропенилцистеин, 2-карбоксиглутатион и сульфоксид γ-глутамилпропенилцистеина, причем для последних двух значений K m были ниже расчетных клеточных концентраций (Lancaster and Shaw , 1994). Если гидролиз γ-глутамиловой части сульфоксидов γ-глутамилалк (ен) илцистеина требовался во время синтеза CSO в этих тканях, этот фермент мог быть задействован, и эксперименты in vitro показали, что он обладает широкой субстратной специфичностью.Имеются также данные о другом пути деградации глутатиона у некоторых растений (рис. 3B), который начинается с удаления остатка глицина из глутатиона, а не глутамильной группы (Leustek et al. , 2000).

Контроль биосинтеза предшественников ароматизаторов: влияние подачи и хранения серы и азота

Очевидно, что для биосинтеза ароматических соединений требуется значительное количество серы. При коммерческом производстве лука обычно считается, что на остроту влияет сера, при этом более высокая доступность серы, как правило, приводит к большей интенсивности вкуса.Существует коммерческий интерес к выращиванию мягкого лука, и это обычно предполагает использование соответствующих сортов лука в среде с низким содержанием серы (Randle et al. , 1995). Исследования влияния этих режимов роста на вкус дают некоторую информацию о биосинтезе аромата. Влияние на накопление серы и уровни ароматических соединений в луке при изменении среды роста предполагает, что MCSO ведет себя иначе, чем PeCSO.

Хотя PeCSO является основным CSO в луке, синтез MCSO можно улучшить, изменив условия выращивания за пределами диапазонов, обычно встречающихся в сельском хозяйстве.К ним относятся низкий уровень серы (S) и высокий уровень азота (N). Исследование 16 сортов лука короткого дня, выращенных в искусственной почвенной среде с двумя уровнями содержания серы (в виде сульфата, 2,0 мМ и 0,05 мМ), показало, что, хотя луковицы, выращенные с более высоким уровнем серы, содержали больше предшественников аромата (Randle and Bussard, 1993), было мало корреляции между уровнями серы в почве и предшественниками ароматизаторов (измеренными как ферментативно генерируемый пируват). Однако более позднее исследование только трех сортов лука (Рио-Гранде, Саванна Свит и Саутпорт Уайт Глоб) дало более подробную картину.Эти луковицы выращивали на песке, поддерживающем пять уровней сульфата (Randle et al. , 1995). При самом низком уровне сульфата (0,05 мМ) все сорта демонстрировали симптомы дефицита серы, но почти 95% общей серы в луковице можно было отнести к MCSO, PCSO и PeCSO и сульфоксиду γ-глутамилпропенилцистеина, что указывает на биосинтез предшественника вкуса. был сильным поглотителем серы даже при недостатке серы. При наивысшем уровне использованного сульфата (1,55 мМ) менее 40% серы в луковице могло быть отнесено к этим соединениям и, вместо этого, должно было присутствовать в компонентах пути биосинтеза ароматизатора, которые не были измерены, или в других органических соединениях серы. .

В более позднем исследовании было обнаружено значительное количество сульфата в луковицах этих трех сортов, которое увеличивалось по мере увеличения уровня сульфата в искусственной питательной среде (Randle et al. , 1999). Общее количество серы в луковицах всех трех сортов было одинаковым на каждом уровне сульфата в среде и увеличивалось по мере увеличения уровней. Уровень CSO (измеренный как ферментативно генерируемый пируват) также увеличивался в ответ на увеличение содержания сульфата в среде для выращивания, но уровни отдельных CSO были разными для трех сортов.MCSO преобладала при самых низких уровнях сульфата во всех трех сортах и ​​оставалась аналогичной или уменьшалась по мере увеличения содержания сульфата в среде. Выше 0,425 мМ уровень PeCSO повышался до уровня MCSO или превышал его. Саутпорт Уайт Глоуб имел более низкий уровень PeCSO, чем два других сорта, на который не повлияло увеличение содержания сульфата. Уровни PeCSO в Рио-Гранде были выше, но также не подвержены влиянию сульфатов в окружающей среде. Однако уровни в Savannah Sweet неуклонно снижались по мере увеличения содержания сульфата.McCallum et al. (2002) наблюдали изменения в уровнях транскриптов нескольких генов, необходимых для поглощения и ассимиляции сульфатов (APS-редуктаза, АТФ-сульфурилаза, высокоаффинный переносчик сульфата и сульфитредуктаза) в ответ на временное или долгосрочное лишение серы сортов лука Canterbury Longkeeper и Houston Grano, указывающие на то, что регулирование этих начальных стадий ассимиляции серы также лежит в основе различий во вкусе лука.

Для выращивания перезимованного лука с мягким вкусом на супесчаной почве в регионе Видалия, США, применение удобрений, содержащих S , не рекомендуется с весны, так что лук будет испытывать среду с пониженным содержанием серы. .Сульфат применяется зимой, чтобы обеспечить хороший рост корней и листьев. При исследовании графика вывода сульфата сорт Sweet Vidalia выращивали в искусственной среде, где начальный уровень 1 мМ сульфата был снижен до 0,05 мМ для шести групп растений с последовательными двухнедельными интервалами (Randle et al. ). , 2002). Анализ содержания серы в листьях и луковицах при сборе урожая показал, что было больше серы в луковицах или листьях, где более высокий уровень серы сохранялся до ближайшего времени сбора урожая.Уровни CSO (измеренные как ферментативно генерируемый пируват) также были выше в луковицах, выдерживаемых при концентрации 1 мМ сульфата дольше. Однако анализ отдельных CSO и сульфоксида γ-глутамилпропенилцистеина показал, что, хотя низкие уровни PCSO не зависели от снижения содержания сульфата, уровни γ-глутамилпропенилцистеинсульфоксида и PeCSO увеличивались в луковицах растений, поддерживаемых на более высоком уровне. сульфата дольше. Уровни MCSO были постоянно самыми высокими, но снижались, когда вывод сульфата откладывался.Различное поведение трех предшественников аромата было очень очевидным.

Метаболизм серы тесно связан с метаболизмом азота через выработку аминокислоты цистеина как первого органического соединения серы при ассимиляции серы. Таким образом, подача азота может влиять на поглощение серы и образование CSO. Интересно, что N, по-видимому, не влияет на уровень неорганической S (измеряемой в виде сульфата) в луковицах, а вместо этого изменяет уровни некоторых ассимилятов серы.Когда сорт лука Granex 33 был выращен гидропонно с 250 мг на литр -1 S и 20-140 мг на литр -1 N (из нитрата аммония), хотя уровень неорганической серы в луковицах не был затронут, органическая сера в луковицах оставалась неизменной. луковиц увеличивалось, когда количество серы в гидропонной среде увеличивалось примерно до 80 мг / л -1 N, но впоследствии уменьшалось (Coolong and Randle, 2003 a ). Анализ CSO и γGP показал, что основной эффект был на сульфоксид γ-глутамилпропенилцистеина, где уровни увеличивались примерно в 10 раз до 80 мг / л -1 N, а затем существенно снижались.Уровни PCSO практически не пострадали, но MCSO постоянно увеличивалась по мере увеличения внешнего уровня азота. PeCSO также находился под влиянием, немного увеличиваясь, когда уровень азота в гидропонной среде повышался до 80 мг / л -1 N, но затем немного снижался. Как следствие, PeCSO вносил основную долю предшественников ароматизатора при более низких уровнях азота (20–56 мг на л -1 N), а MCSO был основным компонентом выше 80 мг на литр -1 Н. Разница в поведении между Интересны три предшественника аромата, так же как и тот факт, что действительно основное влияние было на уровни γGP, а не CSO.

В дополнение к этому исследованию уровень серы и азота, доступный для сорта Granex 33 по мере его созревания в гидропонной культуре, варьировался (5, 45 и 125 мг л -1 S в виде сульфата; 10, 50, 90 и 130 мг / л -1 N нитрата аммония). Самый низкий уровень азота привел к появлению симптомов дефицита, включая пожелтение листьев и небольших луковиц, содержащих меньшее количество N, S, CSO и γGP, чем после всех других обработок (Coolong and Randle, 2003 b ).При самом низком уровне N (10 мг / л -1 ) уровни MCSO, PCSO и γGP в луковицах оставались низкими и неизменными, независимо от поступления серы. Единственным исключением были уровни PeCSO. Это было выше в среде с дефицитом азота при самом низком уровне серы, чем при более адекватной подаче азота. Уровни MCSO были постоянно выше, чем у PeCSO. Это указывает на то, что поступление азота, а не серы, оказывает большее влияние на уровни MCSO. Различные эффекты поставки S на PeCSO и γGP предполагают, что их синтез находится под разным контролем.

Еще одно исследование, которое показало различное поведение MCSO и PeCSO, проводилось во время хранения луковиц лука более 4 месяцев. За это время уровни PeCSO увеличились во всех шести сортах лука, в то время как уровни MCSO остались практически такими же или снизились (Kopsell et al. , 1999).

Тканевое и субклеточное расположение

Allium Биосинтез предшественника ароматизатора

Имеется ограниченная информация о том, где синтезируются предшественники ароматизаторов, и это обобщено для местоположений внутри ячейки на рис.4. После выделения хлоропластов, митохондрий и цитоплазмы из эпидермиса листьев прорастающих луковиц лука глутатион был идентифицирован в хлоропластах и ​​цитоплазме, в то время как CSO и γGP располагались только в цитоплазме, а γ-глутамилцистеин - в хлоропластах ( Lancaster и др. , 1989). Также было идентифицировано расположение нескольких активностей ферментов, необходимых для биосинтеза. Один из ферментов, необходимых для биосинтеза глутатиона, γ-глутамилцистеинсинтетаза, находится в хлоропластах, тогда как γ-глутамилтранспептидаза находится в цитоплазме, хотя небольшая часть может быть связана с пероксисомами.

Рис. 4.

Субклеточное расположение промежуточных продуктов биосинтеза, предшественников ароматизаторов и аллииназы в Allium s. Местонахождение основано на данных по луку и чесноку, а также на местонахождении подобных ферментов в других растениях. У лука аллииназа присутствует в вакуоли всех клеток. В чесноке аллииназа присутствует только в вакуоли клеток оболочки пучка. Не в масштабе.

Рис. 4.

Субклеточное расположение промежуточных продуктов биосинтеза, предшественников ароматизаторов и аллииназы в Allium s.Местонахождение основано на данных по луку и чесноку, а также на местонахождении подобных ферментов в других растениях. У лука аллииназа присутствует в вакуоли всех клеток. В чесноке аллииназа присутствует только в вакуоли клеток оболочки пучка. Не в масштабе.

Зрелые клетки луковицы луковицы большие и тонкостенные с тонким периферическим слоем цитоплазмы, выстилающей внутреннюю часть стенки. Большая центральная вакуоль занимает большую часть объема клетки. Электронная микроскопия показала наличие мелких пузырьков как в цитоплазме, так и в центральной вакуоли (Turnbull et al., 1981). Выделение вакуолей из чешуек внутренней луковицы показало, что литический фермент аллииназа изолирован внутри вакуоли, в то время как предшественники аромата находятся в цитоплазме (Lancaster and Collin, 1981). Дальнейшее исследование (Lancaster et al. , 1989) субклеточной локализации в луке подтвердило эти результаты. Прорастающие листья лука инкубировали с 35 S-сульфатом в течение 1 дня для мечения предшественников ароматизатора. CSO были обнаружены в цитоплазматической фракции.Свидетельством того, что аллииназа была изолирована в вакуоли, был сильный запах лука, который обнаруживался при лизировании протопластов и вакуолей.

В отличие от лука, аллииназа в чесноке ограничена определенными типами клеток. Запасной орган лука состоит из чешуек, образовавшихся от набухших оснований листьев, тогда как у чеснока он образован от набухших боковых почек. Зубчики чеснока содержат сильно вакуолизированные клетки паренхимы как запасной мезофилл, перемежающийся с сосудистыми пучками. Когда свежие срезы гвоздики рассматривали в синем свете (Ellmore and Feldberg, 1994), наблюдалась сильная желто-зеленая автофлуоресценция от клеток оболочки пучка, а не от клеток любого другого типа.Эти клетки образовывали слой толщиной от одной до четырех клеток вокруг сосудистых пучков. Флуоресценцию приписывают кофактору пиридоксаль-5'-фосфата, присутствующему в аллииназе. Это было подтверждено окрашиванием срезов зубчиков чеснока на активность аллииназы, где клетки оболочки пучка стали плотно окрашены, с указанием того, что пятно было в вакуоли (Ellmore and Feldberg, 1994). Поликлональные антитела к аллииназе также интенсивно окрашивали внутреннюю часть клеток оболочки пучка. Окрашивание соседнего запасающего мезофилла, хотя и присутствовало, было намного слабее, и не было окрашивания клеток мезофилла, более удаленных от сосудистых пучков.Это клеточно-специфическое расположение аллииназы в чесноке отличается от ситуации в луке, где данные свидетельствуют о том, что она присутствует в вакуолях всех клеток луковиц и листьев.

Луковицы лука луковицы появляются в течение 4–6 недель, когда растение увеличивается в весе в 3–4 раза. Ланкастер и его коллеги проследили изменения в предшественниках вкусовых добавок, которые произошли во время этого процесса (Lancaster et al. , 1986). Белые нефотосинтетические основания листьев набухают, образуя луковицу в виде ряда концентрических чешуек.Новые чешуйки луковицы быстро расширяются в центре развивающейся луковицы, тогда как более старые стареют так же быстро, образуя внешние бумажные защитные слои. Анализ предшественников аромата в листьях и чешуях луковиц развивающихся луковиц показал, что предшественники аромата перемещались от листовой пластинки к ее основанию по мере развития чешуек луковицы (Lancaster et al. , 1986). Листовые пластинки содержали большое количество всех трех предшественников аромата до образования луковиц, но по мере развития луковиц уровни упали на 90%, и только PCSO оставалось в значительных количествах.По мере созревания луковицы предшественники аромата были потеряны из внешних стареющих чешуек, и PCSO увеличилось в центральных чешуях, хотя уровни MCSO и PeCSO упали. Самые внутренние чешуйки луковицы не имели прикрепленных листовых пластинок, но содержали предшественники аромата. Анализ базальной пластинки луковицы обнаружил значительное количество предшественников аромата, что указывает на то, что это может быть путь движения между чешуей. При исследовании трех различных сортов лука (Hysam, Durco и Grano de Oro) Bacon et al. (1999) определила, что PeCSO был основным предшественником ароматизатора, и его уровень повышался во внутренних мясистых слоях, а также в верхней и нижней части луковиц после 6 месяцев хранения при 0–0,5 ° C. Уровни предшественников аромата были выше во внутренних мясистых слоях луковиц, а также в верхнем и нижнем сантиметрах луковиц, чем в двух внешних мясистых слоях луковиц.

Ферменты, которые могут участвовать в биосинтезе предшественника ароматизатора

Allium

Вторичные метаболические пути могут осуществляться через более чем один компартмент или тип клеток.Это может быть необходимо для регуляции или функции метаболита, но также может быть результатом эволюционного происхождения ферментов (Pichersky and Gang, 2000). Новый фермент возникнет как разновидность существующего фермента, который использовал аналогичный субстрат и катализировал образование аналогичного продукта. Некоторые из ферментов, которые были предложены для катализирования стадий биосинтеза ароматических соединений в Allium s, являются членами больших семейств, которые выполняют очень разнообразные функции. При вторичном метаболизме единственный способ однозначно определить функцию продукта гена в настоящее время - продемонстрировать его ферментативную активность.Было проведено очень мало исследований ферментов из Allium s, которые были бы необходимы для синтеза предшественников ароматизаторов. Следовательно, будет представлена ​​информация о метаболизме глутатиона и цистеина и C-S-лиазах с указанием аспектов, которые могут иметь отношение к ролям в биосинтезе предшественника ароматизатора Allium .

Глутатион и глутатион-

S -трансферазы

Прекурсоры аромата Allium s - одно из немногих мест, где конъюгаты глутатиона, как полагают, играют роль в эндогенном метаболизме растений.Обе стадии, предложенные для конъюгации глутатиона с метильными, 2-карбоксипропильными или метакрилатными группами, и последующая деградация глутатионовой части с образованием CSO имеют параллели в метаболизме глутатиона, который изучался на других растениях. Глутатион синтезируется как в цитозоле, так и в хлоропласте, и это согласуется с доступностью цистеина (Noctor et al. , 2002). Он не продуцируется с одинаковой скоростью всеми тканями и типами клеток растений. Например, трихомы на стеблях и листьях некоторых экотипов Arabidopsis thaliana демонстрируют гораздо более высокую экспрессию ферментов, участвующих в синтезе цистеина и глутатиона, и имеют более высокие уровни глутатиона, чем окружающие клетки (Gutierrez-Alcala et al., 2000). Если для синтеза CSO требуется глутатион, контроль синтеза глутатиона в Allium s вполне может отражать потребность в гораздо более высоком потоке, чем в других растениях.

Глутатион- S -трансферазная активность в Allium s детально не изучена. Он был обнаружен в эпидермальной ткани луковиц лука. Он присутствовал как в цитозольной, так и в микросомальной фракциях, и анализы с серией субстратов показали, что ферменты в каждом компартменте имели различную специфичность (Schröder and Stampfl, 1999).Когда конъюгация с флуоресцентным субстратом монохлорбиманом наблюдалась под микроскопом в эпидермальных полосках, флуоресценция была очевидна в цитоплазме и ядре, за которой следовала яркая и увеличивающаяся флуоресценция в вакуоли, когда конъюгат транспортировался туда.

Глутатион- S -трансферазы представляют собой большое и древнее суперсемейство ферментов, где N-концевой сайт связывания глутатиона лучше консервативен, чем C-концевой сайт связывания совместного субстрата. Экспрессия специфических глутатион- S -трансфераз заметно варьирует во время развития растений, деления клеток и старения (Marrs, 1996).Роль глутатион- S -трансфераз в детоксикации ксенобиотиков, таких как гербициды, широко изучалась (обзор Marrs, 1996; Coleman et al. , 1997). Они действуют совместно с другими ферментами, выводя токсины из ксенобиотиков за счет конъюгации с глутатионом для повышения растворимости в воде. Это опосредуется глутатион- S -трансферазами в цитозоле, и затем конъюгат транспортируется в вакуоль или апопласт с помощью транспортеров, расположенных внутри тонопласта или плазматической мембраны.Вакуолярная карбоксипептидаза может отщеплять глицин от конъюгатов глутатион- S , а дипептидаза может удалять глутамильную группу, оставляя цистеиновый конъюгат (цитируется в Coleman et al. , 1997). Отток конъюгатов цистеина из вакуоли сопровождается дальнейшим метаболизмом C-S-лиазами в цитозоле. Метаболиты, продуцируемые этим процессом, могут экспортироваться в апопласт и связываться с лигнином и целлюлозой (Coleman et al. , 1997).

Биосинтез предшественников ароматизатора Allium может быть примером использования этой системы для синтеза вторичных метаболитов, хотя, по-видимому, задействованы разные клеточные компартменты.Как показано на рис. 4, аллииназа изолирована в вакуоли, а не в цитоплазме, а CSO находятся в цитоплазме (Lancaster and Collin, 1981) или в небольших цитоплазматических пузырьках (Edwards et al. , 1994). Хотя сульфоксиды γ-глутамилалк (ен) илцистеина не являются субстратами для аллииназы, если они обрабатываются в вакуоли, им может потребоваться защита от аллииназы перед экспортом в цитоплазму. В этом контексте наблюдение, что аллииназа образует стабильный комплекс с лектином в чесноке (Rabinkov et al., 1995; Смец и др. , 1997). Эти два являются основными белками зубчиков чеснока, и хотя нет никаких доказательств того, что этот комплекс существует in vivo , он может обеспечить средства для дальнейшего отделения аллииназы от ее субстрата.

Синтез цистеина

Требование высоких уровней продукции цистеина в Allium s предполагает, что регуляция биосинтеза цистеина может отличаться от других растений.Кроме того, исследования включения серина и тиолов в Allium s (Granroth, 1970; Ohsumi et al. , 1993; Prince et al. , 1997) показывают, что биосинтез цистеина может обеспечить путь для синтеза некоторых S -алк (ен) ил цистеинов.

Заключительная стадия синтеза цистеина катализируется двумя последовательными ферментами, серинацетилтрансферазой (SAT (EC 2.3.1.30) и цистеинсинтазой (Leustek et al. , 2000). Это стадия, на которой неорганическая сера включается в первое органическое соединение серы в клетке, а также точка, в которой пути ассимиляции углерода и азота встречаются с ассимиляцией серы.После добавления O -ацетильной группы к серину с помощью SAT образуется аминоакрилатный аддукт O -ацетилсерина, связанный с пиридоксаль-5'-фосфатным кофактором CS. Он реагирует со вторым субстратом, сульфидом, с образованием цистеина, который высвобождается (Warrilow and Hawkesford, 2002). Каталитический механизм CS с промежуточным соединением, связанным с ферментом, обеспечивает возможности для развития активного центра для размещения различных заместителей.

Растения содержат семейства SAT и CS с цитозольными, хлоропластическими и митохондриальными изоформами (Inoue et al., 1999). Причина множественных форм и их наличие в отдельных органеллах неясна. С точки зрения синтеза предшественников ароматизатора Allium наиболее интересным аспектом является то, что некоторые CS обладают более широкой субстратной специфичностью, чем один сульфид. Фермент принадлежит к семейству β-замещенных аланинсинтаз, и существует несколько примеров активности CS с вторичной, а не первичной метаболической ролью (Ikegami and Murakoshi, 1994). Вид Mimosa L.и Leucaena Benth. накапливают мимозин, а представители семейства тыквенных, такие как арбуз ( Citrullus vulgaris Schrad.), содержат β-пиразол-1-илаланин. Оба этих вторичных метаболита образуются CS путем связывания пиразола или 3,4-дигидроксипиридина с O -ацетилсерином. Другие гетероциклические β-замещенные аланины были идентифицированы в составе других видов растений, помимо метаболитов регуляторов роста зеатина и 6-бензиламинопурина, а также ксенобиотиков, таких как триазольные гербициды (Ikegami and Murakoshi, 1994), которые все могут быть синтезированы путем конденсации соответствующее N -гетероциклическое соединение с O -ацетилсерином, опосредованное CS из видов растений, где вторичный метаболит встречается в природе.

В условиях анализа in vitro CS может использовать множество других соединений в качестве акцептора для аланильной части из O -ацетилсерина. Когда представлены подходящие субстраты, CS, очищенные от Leucaena leucocephala Lam. (De Wit), Pisum sativum L., Citrullus vulgaris , Spinacia oleracea , Lathyrus latifolius L., Lathyrus sativus L. и Allium tuberosum Rottl. ex Spreng.все были способны синтезировать S -метилцистеин, S -аллилцистеин и S -карбоксиметилцистеин со скоростью от 1% до 72% от таковой для синтеза цистеина (Ikegami and Murakoshi, 1994). С другими субстратами ферменты CS этих видов образовывали другие небелковые β-замещенные вторичные метаболиты аланина in vitro (Ikegami and Murakoshi, 1994).

SAT и CS из A. tuberosum были подробно изучены (Ikegami et al., 1993; Урано и др. , 2000). Два CS были очищены из листьев, которые не показали ингибирования O -ацетилсерином в концентрациях до 25 мМ. Оба они были способны синтезировать S -замещенные цистеины, а также β-цианоаланин, хотя и со скоростью менее 10% от цистеина в тех же условиях (Ikegami et al. , 1993). Субстраты, используемые этими ферментами, очень похожи на субстраты, используемые ферментом Spinacia oleracea .Измерение чувствительности SAT A. tuberosum к цистеину показало, что концентрация для 50% ингибирования составляла 48,7 мкМ, что было промежуточным между значениями, обычно получаемыми для чувствительных к обратной связи (<5 мкМ) и нечувствительных (> 100 мкМ) ферментов (Urano и др. , 2000). Уровни цистеина в A. tuberosum , около 45 нмоль на г -1 сырого веса, были оценены в 5–6 раз выше, чем в Nicotiana tabacum L. или Arabidopsis thaliana .Интересно, что уровни окисленного и восстановленного глутатиона у трех растений были сопоставимы. Более высокий уровень цистеина в A. tuberosum можно объяснить низкой чувствительностью SAT к ингибированию цистеина или другими факторами в обороте цистеина, необходимыми для удовлетворения спроса на биосинтез предшественника ароматизатора. Работа в нашей лаборатории показала, что чеснок имеет несколько CS, которые различаются по экспрессии в тканях и способности синтезировать S -аллил цистеин (A Tregova, J Hughes and J Milne, неопубликованная работа).

Продукция O -ацетилсерина с помощью SAT из Citrullus vulgaris (арбуз) проявляет ингибирование цистеином на физиологических уровнях (50% ингибирование при 2,9 мкМ), но не подвергается влиянию вторичного метаболита β-пиразол-1- илаланин даже в концентрации 1 мМ (Saito et al. , 1995), что позволяет предположить, что фермент ведет себя по-разному в регулировании поставки O -ацетилсерина для выполнения своих первичных и вторичных метаболических ролей. Синтез цистеина можно жестко регулировать, тогда как синтез β-пиразол-1-илаланина на этой стадии не контролируется.Если CS участвует в биосинтезе предшественников ароматизатора Allium , возможно, что подобная регуляторная система может быть задействована.

Последний пример цистеина в синтезе соединений, аналогичных предшественникам ароматизатора Allium , происходит из механизма толерантности к селену, обнаруженного у некоторых растений. Сера и селен химически подобны, и, таким образом, селен может быть включен в соединения, которые должны содержать серу, что приводит к проблемам токсичности.Анализ селенсодержащих летучих веществ из лука, чеснока, A. tuberosum и A. ampeloprasum L. показал, что Se-метильные соединения преобладают, несмотря на обилие других соединений S -алк (ен) ила в растения (Cai et al. , 1994). В некоторых ситуациях происходит различие между этими двумя элементами, и один из них заключается в синтезе Se-метил селеноцистеина в механизме толерантности растений Fabaceae, которые накапливают высокие уровни селена (Ellis and Salt, 2003).Растения синтезируют Se-метил селеноцистеин, γ-глутамил-Se-метил селеноцистеин и другие производные селена небелковых аминокислот, которые можно рассматривать как селеновые аналоги S -алк (ен) илцистеина и γ-глутамил- алк (ен) ил цистеиновые пептиды. Идентификация тиол / селенолметилтрансферазы из Astragalus bisulcatus (Neuhierl et al. , 1999) прояснила биосинтез этих метаболитов. Экспрессия фермента в Escherichia coli показала, что его субстратами были S -метилметионин и селеноцистеин, а активность с цистеином была близка к пределам обнаружения анализа.Хотя этот фермент из A. bisulcatus не может синтезировать S -метилцистеин, синтез этих метилированных и γ-глутамилированных аминокислот представляет собой интересную параллель с биосинтезом предшественника ароматизатора в Allium s.

Аллииназа и лиазы C-S

C-S-лиазы в растениях участвуют в первичном и вторичном метаболизме, расщепляя связи между атомами серы и углерода, и являются частью более крупного семейства аминотрансфераз.Члены включают аллииназу, а также цистатионин и цистинлиазы, цистеин-десульфидразу и ферменты, участвующие в детоксикации ксенобиотиков после конъюгации с глутатионом, а также, вероятно, другие, участвующие в биосинтезе глюкозинолатов и цианогенных глюкозидов (Kiddle et al. , 1999). Есть признаки того, что луковая аллииназа предпочтительно гидролизует PeCSO, а не MCSO или PCSO, поэтому PeCSO вносит больший вклад в аромат лука, чем два других предшественника (Nock and Mazelis, 1987; Coolong and Randle, 2003 b ).

Трехмерная кристаллическая структура аллииназы была решена с разрешением 1,5 Å в 2002 г. (Kuettner et al. , 2002). Это показало, что каждый 448 аминокислотный мономер фермента содержит три домена. Центральный и С-концевой домены имеют складчатую структуру, типичную для других C-S лиаз и аминотрансфераз. Центральный домен типичен для пиридоксаль-5'-фосфатзависимых ферментов класса 1. N-концевой домен отличает структуру аллииназы от других C-S лиаз и аминотрансфераз благодаря наличию EGF-подобного домена.Этот тип домена часто взаимодействует с другими белками и обычно содержит три дисульфидных мостика, образованных между остатками цистеина. Они редко встречаются в растительных белках, и аллииназа является первой, где EGF-подобный домен сливается с каталитическим доменом, а не как внеклеточная часть мембраносвязанного или секретируемого белка. Однако вакуолярное расположение аллииназы требует процесса транспорта после синтеза, который может обеспечивать функцию этого домена.

Источники алк (ен) ильных групп в прекурсорах ароматизатора

Allium

Хотя очевидно, что ряд тиолов может быть источником S -алк (en) ильных групп для ферментов CS in vitro (Ikegami and Murakoshi, 1994), в срезах ткани или в тканевой культуре (Granroth, 1970; Prince et al., 1997), неизвестно, играют ли они эту роль in vivo. Растительные ацил-активирующие ферменты особенно плохо охарактеризованы (Shockey et al. , 2003), и даже некоторые из этих параллельно хорошо охарактеризованных ферментов млекопитающих, по-видимому, играют разные роли. Arabidopsis thaliana , по-видимому, имеет 63 организма, что больше, чем у любого другого полностью секвенированного организма на сегодняшний день, предлагая большие возможности для опосредования стадий вторичного метаболизма, с возможностью того, что некоторые или их гомологи в Allium s могут выполнять неуловимый перенос алк (ен) ила в биосинтезе предшественника ароматизатора Allium (Shockey et al., 2003). Селеноцистеинметилтрансфераза из Astragalus bisulcatus , которая использует S -метилметионин для метилирования селеноцистеина, а не цистеина (Neuhierl et al. , 1999), является одним из примеров специализированной активности.

Метакрилат, предложенный в качестве предшественника аллильной, пропильной и пропенильной групп (Granroth, 1970; Lancaster and Shaw, 1989), встречается внутри клетки во время распада валина жирной кислоты с разветвленной цепью, вероятно, внутри пероксисомы растения.Реакционноспособный интермедиат метакрилил-КоА временно образуется во время этого процесса и может реагировать с нуклеофилами, такими как свободные тиолы (Zolman et al. , 2001). Хотя было выявлено заболевание человека, вызванное накоплением этого реактивного промежуточного продукта в митохондрии, у Arabidopsis thaliana тот же самый дефект вызывает устойчивость к ауксину и дефекты β-окисления в пероксисоме. Результат может быть другим в пероксисомах, где метакрилил-КоА синтезируется в регулируемом процессе с обильным поступлением тиолов из цистеина или глутатиона.

Еще один пример возможного происхождения аллильной группы, характерной для чеснока, - это более 120 вторичных метаболитов глюкозинолатов, обнаруженных в Brassicaceae, Capparaceae и Caricaceae (Fahey et al. , 2001). Биосинтез основной структуры глюкозинолата включает конъюгацию модифицированной аминокислоты с донором серы, предположительно цистеином, с последующим расщеплением, вероятно, CS-лиазой, с получением серосодержащего продукта, который впоследствии глюкозилируется и сульфатируется (Wittstock and Halkier , 2002).Может происходить очень обширная модификация аминокислоты, включая создание аллильной группы. Между окислением модифицированной аминокислоты цитохромом P 450 с образованием альдоксима и образованием тиогидроксимовой кислоты перед гликозилированием не было идентифицировано ни промежуточных продуктов, ни ферментов. Хотя активность C-S-лиазы, полученная из листьев Brassica napus , была способна расщеплять потенциальные промежуточные продукты биосинтеза, также использовались другие неприродные субстраты, что позволяет предположить присутствие нескольких ферментов (Kiddle et al., 1999). Замена сульфгидрильной группы цистеина и расщепление C-S-лиазой имеет очевидные параллели с ароматической системой Allium , которую можно было бы исследовать.

Заключительные замечания

Таким образом, понимание биосинтеза ароматизаторов в Allium s является захватывающим моментом. Биосинтетический путь, предложенный Ланкастером и его коллегами, обеспечил жизненно важную основу для интеграции результатов исследований на срезах тканей, культуре тканей и интактных растениях, хотя взаимосвязь между CSO и γGP до сих пор полностью не решена.Исследования эффектов серного питания дополнили современные знания о поведении каждого предшественника вкуса. Накапливается информация, позволяющая предположить, что биосинтез MCSO и, возможно, каждого предшественника аромата может регулироваться по-разному и может не идти одним и тем же путем во всех физиологических условиях. Пониманию этой интригующей области вторичного метаболизма будет способствовать растущее знание метаболизма глутатиона и цистеина в других растениях, в частности Arabidopsis thaliana , что дает параллели для исследования.Следующим этапом будет идентификация и изучение большего количества ферментов и генов в Allium s, которые участвуют в биосинтезе предшественников вкуса. Цистеинсинтазы являются очевидными мишенями, как и ферменты метаболизма глутатиона. Неуловимые источники характерных алк (ен) ильных групп Allium остаются неизвестными, и их идентификация является одновременно проблемой и целью.

Мы благодарны за обсуждение с коллегами и финансовую поддержку проекта ЕС «Чеснок и здоровье», QLK1-CT-1999-00498.

Список литературы

Анкри С., Мирельман Д.

1999

. Противомикробные свойства аллицина из чеснока.

Микробы и инфекции

1

, ​​

125

–129.

Bacon JR, Moates GK, Ng A, Rhodes MJC, Smith AC, Waldron KW.

1999

. Количественный анализ предшественников вкуса и уровней пирувата в различных тканях и сортах лука ( Allium cepa ).

Пищевая химия

64

, ​​

257

–261.

Блок E.

1992

. Сероорганический химический состав рода Allium - значения для органической химии серы.

Angewandte Chemie

31

, ​​

1135

–1178.

Brodnitz MH, Pascale СП.

1971

. Тиопропанал S -оксид: фактор слезотечения в луке.

Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии

19

, ​​

269

–272.

Cai XJ, Uden PC, Block E, Zhang X, Quimby BD, Sullivan JJ.

1994

. Allium Chemistry: идентификация летучих органических соединений селеноселена в естественном количестве из чеснока, слоновьего чеснока, лука и китайского лука с использованием газовой хроматографии над паром с атомно-эмиссионным детектированием.

Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии

42

, ​​

2081

–2084.

Ceci LN, Curzio OA, Pomilio AB.

1992

.γ-глутамилтранспептидаза / γ-глутамилпептидаза в проросших Allium sativum .

Фитохимия

31

, ​​

441

–444.

Коулман Джод, Блейк-Калфф ММА, Дэвис ТГЭ.

1997

. Детоксикация ксенобиотиков растениями: химическая модификация и вакуолярная компартментация.

Тенденции в растениеводстве

2

, ​​

144

–151.

Коли-Смит младший.

1986

.Взаимодействие между Sclerotium cepivorum и сортами лука, лука-порея, чеснока и Allium fistulosum .

Патология растений

35

, ​​

362

–369.

Collin HA.

2001

. Образование вторичных продуктов в культурах тканей растений.

Положение о выращивании растений

34

, ​​

119

–134.

Coolong TW, Randle WM.

2003

а .Уровень фертильности нитрата аммония влияет на развитие вкуса лука Granex 33, выращенного на гидропонике.

Журнал продовольственной науки и сельского хозяйства

83

, ​​

477

–482.

Coolong TW, Randle WM.

2003

б . Доступность серы и азота взаимодействует, чтобы повлиять на биосинтетический путь вкуса лука.

Журнал Американского общества садоводческих наук

128

, ​​

776

–783.

Дэви М.Р., Маккензи И.А., Фриман Г.Г., Шорт К.С.

1974

. Исследования некоторых аспектов роста, тонкой структуры и ароматизации луковой ткани, выращенной in vitro .

Письма о растениеводстве

3

, ​​

113

–120.

Эрншоу DM, McDonald MR, Boland GJ.

2000

. Взаимодействие между изолятами и группами мицелиальной совместимости Sclerotium cepivorum и сортами лука ( Allium cepa ).

Канадский журнал патологии растений

22

, ​​

387

–391.

Эдвардс SJ, Бриттон G, Collin HA.

1994

. Путь биосинтеза сульфоксидов S -alk (en) ил-L-цистеина (предшественников ароматизаторов) у видов Allium .

Ткани и культура клеток растений

38

, ​​

181

–188.

Ellis DR, Salt DE.

2003

. Растения, селен и здоровье человека.

Текущее мнение по биологии растений

6

, ​​

273

–279.

Ellmore GS, Feldberg RS.

1994

. Локализация аллиин-лиазы в пучковых оболочках зубчика чеснока ( Allium sativum ).

Американский журнал ботаники

81

, ​​

89

–94.

Fahey JW, Zalcmann AT, Talalay P.

2001

. Химическое разнообразие и распределение глюкозинолатов и изотиоцианатов среди растений.

Фитохимия

56

, ​​

5

–51.

Фенвик Дж., Хэнли А.

1985

. Род Allium .

Критические обзоры пищевой науки и питания

22

, ​​

199

–271.

Gmelin R, Huxa H-H, Roth K, Höfle G.

1976

. Дипептидный предшественник чесночного запаха у видов Marasmius .

Фитохимия

15

, ​​

1717

–1721.

Гранрот Б.

1970

. Биосинтез и разложение производных цистеина в луке и других видах Allium .

Annales Academiae Scientiarum Fennicae

A

154

, ​​

1

–71.

Gutierrez-Alcala G, Gotor C, Meyer AJ, Fricker M, Vega JM, Romero LC.

2000

. Биосинтез глутатиона в трихомных клетках Arabidopsis .

Proceedings of the National Academy of Sciences, USA

97

, ​​

11108

–11113.

Hanum T, Sinha NK, Cash JN.

1995

. Характеристики γ-глутамилтранспептидазы и аллииназы лука и их влияние на усиление образования пирувата в мацератах лука.

Журнал пищевой биохимии

19

, ​​

51

–65.

Икегами Ф, Итагаки С., Муракоши И.

1993

. Очистка и характеристика двух форм цистеинсинтазы из Allium tuberosum .

Фитохимия

32

, ​​

31

–34.

Икегами Ф, Муракоши И.

1994

. Ферментативный синтез небелковых β-замещенных аланинов и некоторых высших гомологов в растениях.

Фитохимия

35

, ​​

1089

–1104.

Имаи С., Цуге Н., Томотаке М., Нагатом Й., Савада Х., Нагата Т., Кумагаи Х.

2002

. Луковый фермент, от которого слезятся глаза.

Природа

419

, ​​

685

.

Иноуэ К., Нодзи М., Сайто К.

1999

. Определение сайтов, необходимых для аллостерического ингибирования серинацетилтрансферазы L-цистеином в растениях.

Европейский журнал биохимии

266

, ​​

220

–227.

Киддл Джорджия, Беннетт Р.Н., Хик А.Дж., Уоллсгроув, РМ.

1999

. Активность C-S-лиазы в листьях крестоцветных и не крестоцветных, а также характеристика трех классов активности C-S-лиазы масличного рапса ( Brassica napus L.).

Завод, клетки и окружающая среда

22

, ​​

433

–445.

Кинг Дж. Дж., Брейдин Дж. М., Барк О., Маккаллум Дж. А., Хавей М. Дж..

1998

. Генетическая карта лука с низкой плотностью показывает роль тандемной дупликации в эволюции чрезвычайно большого диплоидного генома.

Теоретическая и прикладная генетика

96

, ​​

52

–62.

Kopsell DE, Randle WM, Eiteman MA.

1999

.Изменения сульфоксидов S -алк (en) илцистеина и их биосинтетических промежуточных продуктов при хранении лука.

Журнал Американского общества садоводческих наук

124

, ​​

1777

–1783.

Кубек Р., Ким С., МакКеон Д.М., Муса Р.А.

2002

б . Выделение S - n -бутилсульфоксида цистеина и шести n -бутилсодержащих тиосульфинатов из Allium siculum .

Journal of Natural Products

65

, ​​

960

–964.

Кубец Р., Ким С., Велишек Дж., Муса Р.А.

2002

а . Предшественники аминокислот и образование запаха в чесноке общества ( Tulbaghia violacea Harv.).

Фитохимия

60

, ​​

21

–25.

Кубец Р., Муса РА.

2001

. Производные сульфоксида цистеина в Petiveria alliacea .

Фитохимия

58

, ​​

981

–985.

Кубец Р., Свободова М., Велишек Ю.

2000

. Распределение сульфоксидов S -алк (en) илцистеина у некоторых видов Allium . Идентификация нового предшественника ароматизатора: S -этилцистеинсульфоксид (этиин).

Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии

48

, ​​

428

–433.

Кубец Р., Свободова М., Велишек Ю.

2001

. Газохроматографическое определение сульфоксида S -метилцистеина в овощах семейства крестоцветных.

European Food Research and Technology

213

, ​​

386

–388.

Кубота К., Хираяма Х., Сато Й., Кобаяси А., Сугавара Ф.

1998

. Аминокислотные предшественники чесночного запаха в Scorodocarpus borneensis .

Фитохимия

49

, ​​

99

–102.

Kuettner EB, Hilgenfled R, Weiss MS.

2002

. Активный принцип чеснока с атомным разрешением.

Журнал биологической химии

277

, ​​

46402

–46407.

Kuhl JC, Cheung F, Yuan Q, et al.

2004

. Уникальный набор из 11 008 тегов экспрессируемой последовательности лука показывает выраженные последовательности и геномные различия между отрядами однодольных Asparagales и Poales.

Заводская ячейка

16

, ​​

114

–125.

Ланкастер Дж. Э., Боланд М. Дж.

1990

. Биохимия вкуса. В: Rabinowitch H, Brewster J, eds. Лук s и родственные ему культуры , Vol. III. Бока-Ратон, Флорида: CRC Press, 33–72.

Lancaster JE, Collin HA.

1981

. Наличие аллииназы в изолированных вакуолях и сульфоксидов алкилцистеина в цитоплазме луковиц лука ( Allium cepa ).

Письма о растениеводстве

22

, ​​

169

–176.

Ланкастер Дж. Э., Доммисс Е. М., Шоу М. Л..

1988

. Производство предшественников ароматизаторов [ S -алк (en) ил-L-цистеин сульфоксиды] в фотомиксотрофной каллусе чеснока.

Фитохимия

27

, ​​

2123

–2124.

Ланкастер Дж. Э., Келли К. Э.

1983

. Количественный анализ сульфоксидов S -алк (ен) ил-L-цистеина в луке ( Allium cepa L.).

Журнал продовольственной науки и сельского хозяйства

34

, ​​

1229

–1235.

Ланкастер Дж. Э., МакКаллион Б. Дж., Шоу М. Л..

1986

. Динамика предшественников аромата, сульфоксидов S -alk (en) ил-L-цистеина, во время развития листовой пластинки и чешуек лука ( Allium cepa ).

Physiologia Plantarum

66

, ​​

293

–297.

Lancaster JE, Reynolds PHS, Shaw ML, Dommisse EM, Munro J.

1989

. Внутриклеточная локализация пути биосинтеза предшественников аромата в луке.

Фитохимия

28

, ​​

461

–464.

Ланкастер Дж. Э., Шоу МЛ.

1989

. γ-глутамилпептиды в биосинтезе сульфоксидов S -алк (ен) ил-L-цистеина (предшественники ароматизаторов) в Allium .

Фитохимия

28

, ​​

455

–460.

Ланкастер Дж. Э., Шоу МЛ.

1991

. Метаболизм γ-глутамилпептидов во время развития, хранения и прорастания в луковицах лука.

Фитохимия

30

, ​​

2857

–2859.

Ланкастер Дж. Э., Шоу МЛ.

1994

. Характеристика очищенной γ-глутамилтранспептидазы в луке: доказательства роли in vivo как пептидазы.

Фитохимия

36

, ​​

1351

–1358.

Леустек Т., Мартин М.Н., Бик Дж. А., Дэвис Дж. П.

2000

. Пути и регуляция метаболизма серы выявлены в результате молекулярно-генетических исследований.

Ежегодный обзор физиологии растений и молекулярной биологии растений

51

, ​​

141

–165.

Мадхави Д.Л., Прабха Т.Н., Сингх Н.С., Патвардхан.

1991

. Биохимические исследования с культурами клеток чеснока ( Allium sativum ) показали разные уровни вкуса.

Биохимический журнал продовольственных и сельскохозяйственных наук

56

, ​​

15

–24.

Маррс К.А.

1996

.Функции и регуляция глутатион- S -трансфераз в растениях.

Ежегодный обзор физиологии растений и молекулярной биологии растений

47

, ​​

127

–158.

МакКаллум Дж. А., Питер-Джойс М., Шоу М.

2002

. Депривация серы и генотип влияют на экспрессию генов и метаболизм луковых корней.

Журнал Американского общества садоводческих наук

127

, ​​

583

–589.

Mellouki F, Vannereau A, Cosson L.

1996

. Les précurseurs d'arôme dans des culture cellulaires d ' Allium .

Acta Botanica Gallica

143

, ​​

131

–136.

Маскер Д., Коллин Х.А., Бриттон Дж., Оллерхед Г.

1988

. Биосинтез пропенилцистеинсульфоксида в каллусных культурах Allium cepa (L.). В: Робинс Р.Дж., Родс MJC, ред. Управление вторичным метаболизмом в культуре .Издательство Кембриджского университета, 177–186.

Neuhierl B, Thanbichler M, Lottspeich F, Böck A.

1999

. Семейство S -метилметионин-зависимых тиол / селенолметилтрансфераз.

Журнал биологической химии

274

, ​​

5407

–5414.

Нок LP, Мазелис М.

1987

. C-S-лиазы высших растений; прямое сравнение физических свойств гомогенной аллиинлиазы чеснока ( Allium sativum ) и лука ( Allium cepa ).

Физиология растений

85

, ​​

1079

–1083.

Noctor G, Arisi A-CM, Jouanin L, Kuenert KJ, Rennenberg H, Foyer CH.

1998

. Глутатион: биосинтез, метаболизм и связь со стрессоустойчивостью, изученные на трансформированных растениях.

Журнал экспериментальной ботаники

49

, ​​

623

–647.

Noctor G, Gomez L, Vanacker H, Foyer CH.

2002

. Взаимодействие между биосинтезом, компартментацией и транспортом в контроле гомеостаза глутатиона и передачи сигналов.

Журнал экспериментальной ботаники

53

, ​​

1283

–1304.

Охри Д., Пистрик К.

2001

. Фенология и изменчивость размера генома у Allium L. - тесная корреляция?

Биология растений

3

, ​​

654

–660.

Осуми К., Хаяси Т., Сано К.

1993

. Образование аллиина в тканях культуры Allium sativum . Окисление S -аллил-L-цистеина.

Фитохимия

33

, ​​

107

–111.

Паркин К.Л., Томас DJ.

1996

. Влияние элиситоров на сульфоксиды алк (ен) ил-L-цистеина и родственные аминокислоты в культурах тканей лука ( Allium cepa ).

Пищевая биотехнология

10

, ​​

177

–190.

Парри Р.Дж., Лии Ф.-Л.

1991

. Исследования биосинтеза транс - (+) - S -1-пропенил-L-цистеин сульфоксид.Выяснение стереохимии процесса окислительного декарбоксилирования.

Журнал Американского химического общества

113

, ​​

4704

–4706.

Parry RJ, Sood GR.

1989

. Исследования биосинтеза транс - (+) - S -1-пропенил-L-цистеина сульфоксида в луке ( Allium cepa ).

Журнал Американского химического общества

111

, ​​

4514

–4515.

Пичерский Э, Банда ДР.

2000

. Генетика и биохимия вторичных метаболитов растений: эволюционная перспектива.

Тенденции в растениеводстве

5

, ​​

439

–445.

Prince CL, Shuler ML, Yamada Y.

1997

. Изменение вкусовых характеристик в корневых культурах лука ( Allium cepa L.) посредством направленного биосинтеза.

Прогресс биотехнологии

13

, ​​

506

–510.

Рабинков А, Вильчек М., Мирельман Д.

1995

. Аллииназа (аллиинлиаза) из чеснока ( Allium sativum ) гликозилируется по asn (164) и образует комплекс с лектином, специфичным для маннозы чеснока.

Glycoconjugate Journal

12

, ​​

690

–698.

Рэндл WM, Bussard ML.

1993

. Острота и сахар лука короткого дня под влиянием серной пищи.

Журнал Американского общества садоводческих наук

118

, ​​

770

–776.

Randle WM, Lancaster JE, Shaw ML, Sutton KH, Hay RL, Bussard ML.

1995

. Количественное определение ароматических соединений лука, отвечающих на фертильность серы - сера увеличивает уровни сульфоксидов алк (ен) илцистеина и промежуточных продуктов биосинтеза.

Журнал Американского общества садоводческих наук

120

, ​​

1075

–1081.

Randle WM, Kopsell DE, Kopsell DA.

2002

. Последовательное снижение фертильности сульфатов во время роста и развития лука влияет на вкус луковиц при сборе урожая.

HortScience

37

, ​​

118

–121.

Randle WM, Kopsell DE, Kopsell DA, Snyder RL.

1999

. Общее накопление серы и сульфатов в луке зависит от плодородия серы.

Журнал питания растений

22

, ​​

45

–51.

Ромейс Дж., Эббингаус Д., Шеркенбек Дж.

2003

. Факторы, определяющие вариабельность поведенческой реакции луковой мухи ( Delia antik ) на n -дипропилдисульфид.

Журнал химической экологии

29

, ​​

2131

–2142.

Сайто К., Йокояма Х, Нодзи М., Муракоши И.

1995

. Молекулярное клонирование и характеристика серинацетилтрансферазы растений, играющей регулирующую роль в биосинтезе цистеина в арбузе.

Журнал биологической химии

270

, ​​

16321

–16326.

Шредер П., Штампфл А.

1999

. Визуализация конъюгации глутатиона и индуцибельности глюатион- S -трансфераз в луке ( Allium cepa L.) эпидермальная ткань.

Zeitschrift für Naturforschung

54c

, ​​

1033

–1041.

Селби С., Галпин И.Дж., Коллин Х.А.

1979

. Сравнение лукового растения ( Allium cepa ) и культуры ткани лука. I. Аллииназная активность и соединения-предшественники вкуса.

Новый фитолог

83

, ​​

351

–359.

Селби С., Тернбулл А, Коллин Х.А.

1980

. Сравнение лука ( Allium cepa ) и культуры ткани лука.II. Стимуляция синтеза предшественников вкуса в культурах тканей лука.

Новый фитолог

84

, ​​

307

–312.

Shockey JM, Fulda MS, Browse J.

2003

. Arabidopsis содержит большое суперсемейство ацил-активирующих ферментов. Филогенетический и биохимический анализ позволяет выявить новый класс ацил-коферментных синтетаз.

Физиология растений

132

, ​​

1065

–1076.

Смитс К., Ван Дамм Э. Дж. М., Ван Левен Ф., Пуманс В. Дж.

1997

. Выделение и характеристика лектинов и лектин-аллииназных комплексов из луковиц чеснока ( Allium sativum ) и черемши ( Allium ursinum ).

Glycoconjugate Journal

14

, ​​

331

–343.

Stoewsand GS.

1995

. Биоактивные сероорганические фитохимические вещества в овощах Brassica oleracea - обзор.

Пищевая и химическая токсикология

33

, ​​

537

–543.

Столл А, Зеебек Э.

1947

. Аллиин, чистое материнское вещество чесночного масла.

Experentia

3

, ​​

114

–115.

Suzuki T, Sugii M, Kakimoto T.

1962

. Метаболическое включение L-валина-C 14 в S - (2-карбоксипропил) глутатион и S - (2-карбоксипропил) цистеин в чесноке.

Химический и фармацевтический бюллетень (Токио)

10

, ​​

328

–331.

Тернбулл А., Галпин И.Дж., Смит Д.Л., Коллин А.А.

1981

. Сравнение лука ( Allium cepa ) и культуры ткани лука. IV. Влияние морфогенеза побегов и корней на синтез предшественников аромата в культуре ткани лука.

Новый фитолог

87

, ​​

257

–268.

Урано Ю., Манабе Т., Нодзи М., Сайто К.

2000

. Молекулярное клонирование и функциональная характеристика кДНК, кодирующих цистеинсинтазу и серинацетилтрансферазу, которые могут быть ответственны за высокое клеточное содержание цистеина в Allium tuberosum .

Gene

257

, ​​

269

–277.

Виртанен А.И., Матиккала Э.Дж.

1959

. Выделение сульфоксида S -метилцистеина и сульфоксида S - n -пропилцистеина из лука ( Allium cepa ) и антибиотическая активность измельченного лука.

Acta Chemica Scandinavica

13

, ​​

1898

–1900.

Virtanen AI, Spåre C-G.

1961

.Выделение предшественника слезоточивого фактора из лука ( Allium cepa ).

Suomen Kemistilehti

B

34

, ​​

72

.

Warrilow AGS, Хоксфорд MJ.

2002

. Модуляция активности цианоаланинсинтазы и O -ацетилсерин (тиол) лиаз A и B β-замещенными ингибиторами аланила и анионов.

Журнал экспериментальной ботаники

53

, ​​

439

–445.

Whitaker JR.

1976

. Развитие вкуса, запаха и остроты лука и чеснока.

Достижения в исследованиях пищевых продуктов

22

, ​​

73

–133.

Wittstock U, Halkier BA.

2002

. Исследование глюкозинолатов в эпоху Arabidopsis .

Тенденции в растениеводстве

7

, ​​

263

–270.

Золман Б.К., Монро-Огастес М., Томпсон Б., Хоуз Дж. В., Крукенберг К.А., Мацуда СПТ, Бартель Б.

2001

. chy1 , мутант Arabidopsis с нарушенным β-окислением, дефектен пероксисомальной β-гидроксиизобутирил-КоА гидролазой.

Журнал биологической химии

276

, ​​

31037

–31046.

Журнал экспериментальной ботаники , Vol. 55, № 404, © Общество экспериментальной биологии, 2004; все права защищены

Биосинтез предшественников вкуса лука и чеснока | Журнал экспериментальной ботаники

Аннотация

Лук ( Allium cepa ), чеснок ( A.sativum ) и другие Allium s важны из-за кулинарной ценности их вкуса и запаха. Они характерны для каждого вида и создаются путем химического превращения ряда летучих соединений серы, образующихся при расщеплении относительно стабильных, без запаха, S -алк (эн) илцистеинсульфоксидных предшественников ароматизатора ферментами аллииназой и синтазой слезоточивого фактора. . Эти вторичные метаболиты представляют собой S -метилцистеинсульфоксид (MCSO, метиин; присутствует в большинстве Allium s, некоторые Brassicaceae), S -аллилсульфоксид цистеина (ACSO, аллиин; характерен для чеснока), S - транс--проп-1-енилцистеинсульфоксид (PECSO, изоаллиин; характерен для лука) и S -пропилсульфоксид цистеина (PCSO, пропиин; в луке и родственных ему видах).Информация, полученная в результате исследований трансформации предполагаемых промежуточных продуктов биосинтеза, радиоактивных меток и измерений соединений серы в луке и чесноке, предоставила информацию, позволяющую предположить путь биосинтеза. Это может включать алк (ен) илилирование цистеина в глутатион с последующим расщеплением и окислением с образованием предшественников ароматизатора сульфоксида алк (ен) ил цистеина. Также есть свидетельства того, что синтез предшественников ароматизаторов может включать (тио) алк (ен) илилирование цистеина или предшественника, такого как O -ацетилсерин.Оба пути могут происходить в зависимости от физиологического состояния ткани. Существуют признаки того, что влияние факторов окружающей среды, таких как доступность серы, указывает на то, что контроль биосинтеза каждого предшественника ароматизатора может быть разным. Метаболизм цистеина и глутатиона обсуждается, чтобы указать на параллели с биосинтезом предшественника вкуса Allium . Наконец, предлагаются возможные пути разведки для определения происхождения in planta алк (ен) ильных групп.

Введение

Allium s - большой род, содержащий около 700 видов, включая экономически важные овощи и цветущие декоративные растения, а также дикие виды из Европы, Азии и Америки (Fenwick and Hanley, 1985). Их вкус и запах легко узнаваемы в овощах, таких как Allium cepa L. (лук), Allium sativum L. (чеснок), Allium porrum L. (лук-порей), Allium schoenoprasum L.(чеснок) и Allium fistulosum L. (пучковый или валлийский лук). Многие другие представители этого рода выращиваются из-за декоративной ценности своих цветов. Большинство из них растут как двухлетние, давая в конце первого вегетационного периода луковицу для подземного хранения, которая цветет в следующем. Многие дают семена, хотя чеснок обычно не дает. Все они не имеют запаха до тех пор, пока ткань не будет повреждена, после чего все они вырабатывают летучие и реактивные серосодержащие химические вещества, которые вызывают их наиболее известную характеристику.

Природа и происхождение этих ароматических соединений, особенно в луке и чесноке, изучаются с 1940-х годов. Вскоре стало очевидно, что при повреждении растительной ткани сравнительно стабильные предшественники аромата расщепляются с образованием ряда летучих соединений серы, которые претерпевают дальнейшие химические превращения в паровой фазе. Были проведены обширные исследования и обзоры этих газообразных химикатов (Whitaker, 1976; Block, 1992), и они не будут здесь подробно обсуждаться.Вместо этого этот обзор будет сосредоточен на текущих знаниях о биосинтезе предшественников ароматизаторов, сульфоксидов (+) - S -алк (ен) илцистеина (CSO) и их родственников γ-глутамилпептида (γGP). Хотя биосинтетический путь был опубликован (Granroth, 1970; Lancaster and Shaw, 1989), все еще существует значительная неопределенность в отношении нескольких стадий, взаимосвязи между CSO и γGP и того, следует ли один и тот же путь во всех тканях.

Исследования сосредоточены вокруг роли γGP в пути биосинтеза и происхождения алк (ен) ильных заместителей цистеина.Также был значительный интерес к тому, является ли синтез соединений взаимосвязанным и как он регулируется. О некоторых аспектах, таких как стадия окисления, необходимая для образования сульфоксида, известно очень мало. Имеется некоторая информация о субклеточном расположении биосинтеза аромата и о перемещении предшественников аромата и γGP во время развития растений. После перечисления предшественников аромата, которые были идентифицированы в Allium s, в этом обзоре будет кратко описаны аналогичные соединения, которые были обнаружены в других растениях, предполагая, что этот путь биосинтеза может быть одним из примеров более широко распространенного вторичного метаболического пути.За этим последует набросок доказательств использования γGP в качестве промежуточных продуктов в биосинтезе предшественника вкуса Allium и источника S -алк (ен) ильных групп предшественников. Также будут рассмотрены исследования влияния факторов окружающей среды на биосинтез предшественников аромата. Наконец, будет рассмотрена информация о биосинтезе цистеина, реакциях, в которых участвует глутатион, и источниках алкильных доноров в других растениях, поскольку это основные пути, которые имеют параллели с биосинтезом предшественника ароматизатора Allium .

Биосинтетические пути, предложенные для предшественников ароматизатора Allium , основаны главным образом на химическом анализе и исследованиях радиоактивных индикаторов. Большинство ферментативных активностей, которые потребуются для предложенных этапов биосинтеза, происходят из больших семейств белков, где in vivo тканевая, онтогенетическая и субстратная специфичность большинства членов еще предстоит установить. Применение молекулярно-генетических методов и трансформации растений позволило понять многие аспекты метаболизма растений, и в будущем эти подходы могут открыть новые возможности для улучшения знаний об этой группе вторичных метаболитов, имеющих экономическое, медицинское и кулинарное значение.

Прекурсоры ароматизатора

Allium s

Четыре нелетучих CSO без запаха (таблица 1) являются предшественниками аромата и запаха Allium s. Это S -метилцистеинсульфоксид (MCSO, метиин; присутствует в большинстве Allium s, некоторые Brassicaceae), S -аллилсульфоксид цистеина (ACSO, аллиин; характерен для чеснока), S - транс - транс -проп-1-енилцистеинсульфоксид (PeCSO, изоаллиин; характерен для лука) и S -сульфоксид-пропилцистеина (PCSO, пропиин; в луке и родственных ему видах).Фермент аллииназа (EC 4.4.1.4) расщепляет эти предшественники с образованием пирувата, аммиака и тиосульфината. Последний подвергается дальнейшим реакциям, так что запах Allium s со временем меняется (Whitaker, 1976). Разложение наиболее широко распространенного из этих предшественников вкуса, MCSO, дает запахи, которые обычно описываются как «капустный» или «свежий лук», в то время как легко различимый запах чеснока происходит аналогичным образом от ACSO. Слезотечение, характерное для лука, вызвано летучим продуктом - пропантиалом S -оксидом (Brodnitz and Pascale, 1971).До недавнего времени считалось, что он образуется спонтанно из тиосульфинатных продуктов реакции аллииназы. Однако он генерируется активностью второго фермента, синтазы слезоточивого фактора, вслед за действием аллииназы на PeCSO, главный предшественник вкуса лука (Imai et al. , 2002). Четвертый предшественник ароматизатора, PCSO, также содержится в луке, а также в нескольких других Allium s. Хотя есть сообщения о появлении других сульфоксидов (+) - S -алк (en) илцистеина в составе Allium s, несколько (например,грамм. 1-оксид 5-метил-1,4-тиазан-3-карбоновой кислоты (циклоаллиин) (Whitaker, 1976), вероятно, образуется в результате химического превращения во время аналитических процедур, а не синтезируется in vivo . Другие, например (+) - S -этилцистеинсульфоксид (Kubec et al. , 2000), являются лишь незначительными составляющими или не обнаруживаются большинством рабочих. Тем не менее, есть несколько сообщений о других сульфоксидах алк (ен) илцистеина в качестве основных предшественников ароматизаторов в декоративных Allium s, таких как S -метилтиометилцистеин-4-оксид (маразмин) в Tulbaghia violacea Harv.(чеснок общества) (Kubec et al. , 2002 a ) и S -бутилсульфоксид цистеина в Allium siculum Ucria. (медовый чеснок) (Кубец и др. , 2002 b ).

Помимо CSO, несколько производных γ-глутамилпептида (γGP) этих ароматических соединений были обнаружены в пределах Allium s (Whitaker, 1976). Выделено более 17 типов (Granroth, 1970), включая γ-глутамил- S -алк (ен) илглутатионы, γ-глутамил- S -алк (ен) илцистеины и γ-глутамил- S . -алк (ен) илцистеинсульфоксиды, все из которых предположительно являются производными глутатиона (γ-глутамилцистеинилглицин).Хотя кажется, что они не вносят непосредственного вклада в аромат, в настоящее время считается, что они являются промежуточными звеньями в биосинтезе, а также могут действовать как запасы азота и серы. Их роль в пути биосинтеза будет обсуждаться ниже.

Allium запах других видов

Растения производят очень большое количество низкомолекулярных соединений, традиционно называемых вторичными метаболитами, выполняющими ключевые функции, включая воспроизводство, защиту, патогенность, устойчивость к стрессу и хранение ресурсов.Биосинтетические пути большинства вторичных метаболитов не описаны подробно, и многие из них, очевидно, сложны (Wittstock and Halkier, 2002). Предположение, что 15-25% генома каждого растения посвящено вторичному метаболизму, является еще одним показателем его важности (Pichersky and Gang, 2000). Таким образом, одна из проблем при изучении вторичного метаболизма состоит в том, чтобы выяснить, какие аспекты синтеза, хранения, функции и деградации конкретного вторичного метаболита разделяют пути, параллельные первичному метаболизму и общие для разных родов, а какие уникальны. к виду или роду.

Области метаболизма, которые участвуют в биосинтезе предшественников вкусовых добавок Allium s, а именно метаболизм цистеина и глутатиона, являются теми, которые имеют решающее значение в таких важных процессах, как поглощение серы растениями, окислительно-восстановительный гомеостаз и детоксикация ксенобиотиков. . Ароматические соединения Allium s могут быть там, где эта способность была использована для производства новых вторичных метаболитов, и поэтому они особенно интересны как пример группы вторичных метаболитов, которые не отличаются от нескольких первичных метаболитов.

Характерный запах Allium был обнаружен у растений двудольных родов, а также у грибов. В нескольких случаях химический анализ идентифицировал соединения, которые похожи на предшественники ароматизатора Allium s, что позволяет предположить, что они могут быть одним из наиболее хорошо изученных и используемых примеров более широко распространенной вторичной метаболической активности. MCSO присутствует у представителей семейства Brassicaceae. Он обнаружен у всех Brassica oleracea L.овощи, такие как капуста, брокколи и цветная капуста (Stoewsand, 1995) и род Raphanus L., а также модельное растение Arabidopsis thaliana Heynh. (Кубец и др. , 2001).

Соединения, относящиеся к предшественникам ароматизатора Allium , также были обнаружены в нескольких тропических растениях. Запах чеснока исходит от листьев и особенно корней Petiveria alliacea L. (семейство Phytolaccaceae; анаму, чесночный сорняк), многолетнего кустарника, произрастающего в тропических лесах Амазонки и других тропических регионах.Соединение S сульфоксид -бензилцистеина было выделено из свежих корней этого растения (Kubec and Musah, 2001). Дерево Scorodocarpus borneensis Becc. (семейство Olacaceae; синду, древесный чеснок), растет в Малайзии и на Борнео, а также издает сильный запах чеснока при повреждении. Аминокислотные производные S -метилтиометилцистеин-4-оксид и S -метилтиометилцистеин были выделены из его плодов на уровнях, аналогичных MCSO в Brassica sp.(Кубота и др. , 1998). Они могут быть расщеплены лиазой сульфоксида цистеина брокколи (C-S-лиаза) с образованием пирувата и летучих соединений серы с запахом чеснока. Интересно, что маразмин и γ-глутамил-маразмин были впервые выделены из плодовых тел нескольких видов базидиомицетов ( Marasmius alliaceus (Jacq. Ex Fr.) Fr., M. scorodonius Fr. и M. prasiosmus). Fr.), которые при измельчении приобретают сильный запах чеснока (Gmelin et al., 1976), а маразмин также был идентифицирован в одном из видов: Allium , Tulbaghia violacea , хотя конфигурация сульфоксидной группы была иной у базидиомицетов (Kubec et al. , 2002 a ).

Присутствие S -метилцистеина и γ-глутамилметилцистеина, но не их сульфоксидов, было отмечено у видов Fabaceae (Ellis and Salt, 2003), включая представителей Phaseolus L. и Vigna. Сави.родов, а также Melilotus indicus L. Эти роды могут использовать S -метилцистеин для транспортировки восстановленной серы и γ-глутамилметилцистеин для хранения серы в семенах, поскольку их протеины семян содержат мало серосодержащих аминокислот. Гипераккумулятор селена Astragalus bisulcatus A. Грей производит селеновый аналог S -метилцистеина для предотвращения неспецифического включения селеноцистеина в белки или превращения в селенометионин, тем самым обеспечивая устойчивость растений к селену.В семенах накапливается γ-глутамилметилселеноцистеин.

Allium Геномы

Геномы в пределах Allium s особенно велики. Оценки количества 2C ДНК на геном у 75 видов Allium () варьировались от 16,93 до 63,57 пг (Ohri and Pistrick, 2001). И лук, и чеснок диплоидны (2 n = 16). Ядерный геном лука оценивается примерно в 15 290 Мбит / с на 1С, из которых не более 6% - это однокопия ДНК, и чеснок имеет аналогичный размер ( c .15 901 Мбит / с). Содержание GC в ДНК лука составляет 32%, что является одним из самых низких значений для любого покрытосеменного, но в кодирующих областях оно выше, примерно равное Arabidopsis thaliana (Kuhl et al. , 2004). Цитогенетических доказательств полиплоидного происхождения нет, а молекулярные исследования геномов Allium ограничены. В одном исследовании генетическая карта лука с низкой плотностью со 116 маркерами, основанная в первую очередь на полиморфизмах длины рестрикционных фрагментов (King et al. , 1998), показала, что дублированные локусы присутствуют чаще, чем можно было бы ожидать для диплоида.Среди дублированных генов, идентифицированных и картированных Кингом и сотрудниками, были аллииназа и глутатион-S -трансфераза, а также члены других семейств генов. McCallum et al. (2002) недавно клонировали луковые гомологи ключевых генов в пути ассимиляции серы, и недавно стал доступен набор из более чем 10 000 тегов последовательности, экспрессируемых луком (Kuhl et al. , 2004). Хотя определения могут быть сделаны на основе общих мотивов, в настоящее время невозможно определить точную функцию большинства членов семейств генов без индивидуального биохимического и молекулярно-биологического исследования.Таким образом, применение информации, полученной от других растений, для биосинтеза предшественников ароматизатора Allium может быть полезным, но потребует подтверждения в течение Allium s.

Роль ароматических соединений в

Allium s

Один из самых интригующих вопросов об ароматических соединениях - их роль в Allium s. Уровни небелковых производных цистеина и глутатиона составляют 1–5% от сухого веса (Lancaster and Kelly, 1983), что указывает на то, что это основная биосинтетическая активность в растении.Две роли, которые были приписаны, заключаются в защите от вредителей и хищников, особенно в зимующей луковице, и в хранении и транспортировке углерода, азота и серы (Lancaster and Boland, 1990). Было проведено обширное исследование антимикробных свойств экстракта Allium in vitro , рассмотренного Анкри и Мирельманом (1999), но существует меньше примеров in vivo , особенно исследований, посвященных тому, как ароматические соединения передают преимущество луку . с.Устойчивость к болезням не была приоритетом при селекции современных коммерческих сортов лука, поэтому трудно оценить влияние вкусовых соединений (Б. Смит, личное сообщение). В целом, как сообщается, лук с мягким вкусом хуже хранится.

Однако несколько видов насекомых и грибов приобрели специальные взаимодействия с Allium s, где летучие ароматические вещества являются аттрактантами для специализированных питателей и патогенов. Полевые эксперименты на Sclerotium cepivorum Berk.возбудитель белой гнили, одного из наиболее экономически значимых грибковых заболеваний лука и чеснока, показал сильную зависимость от присутствия летучих ароматизаторов для прорастания склероций (Coley-Smith, 1986). Точно так же луковая моль Acrolepiopsis Assectella Zeller и луковая муха Delia antiqua Meigen привлекаются к своим соответствующим растениям-хозяевам летучими ароматическими веществами (Romeis et al. , 2003). В случае белой гнили нет действительно устойчивых сортов лука, и экспериментальное заражение может быть затруднено.Частично эта изменчивость может быть связана с луком, но также с условиями окружающей среды и грибком (Earnshaw et al. , 2000).

Одно интересное наблюдение о роли предшественников аромата было получено в эксперименте Паркина и Томаса (1996) по влиянию элиситоров на уровни предшественников аромата при дифференциации культур каллуса лука. Элиситоры, являющиеся фрагментами патогенов растений, тканями растений или сигнальными молекулами, могут запускать продукцию защитных соединений при их представлении в тканевых культурах (Collin, 2001).В их экспериментах фрагменты клеточной стенки лука и грибов, а также сигнальная молекула салициловой кислоты подавляли выработку предшественников аромата. Это противоположно тому, что можно было бы ожидать, если ароматические соединения участвуют в защите растений.

Биосинтез предшественников ароматизаторов

Allium s

Исследование биосинтеза ароматических соединений Allium началось с открытия Столлом и Зеебеком (1947) того факта, что ACSO присутствует в тканях чеснока в качестве стабильного источника диаллилтиосульфината (аллицина), основного летучего ароматизатора.Они продемонстрировали, что для превращения ACSO в аллицин требуется фермент аллииназа. Еще два производных сульфоксида цистеина, MCSO и PCSO, были идентифицированы в луке Виртаненом и Матиккала (1959), а четвертый сульфоксид цистеина, PeCSO, вскоре был идентифицирован в луке (Virtanen and Spåre, 1961). Также стало очевидно, что Allium s содержат значительные количества γ-глутамилпроизводных этих соединений (обзор в Whitaker, 1976).

Ланкастер и его коллеги предложили путь (Lancaster and Shaw, 1989; Lancaster et al., 1989; Randle et al. , 1995), требуя γGP в качестве промежуточных продуктов, что стало принято в качестве биосинтетического пути (Block, 1992; Prince et al. , 1997). Путь основан, главным образом, на исследованиях радиоактивной метки и анализе тканей Allium . Он предполагает (рис. 1A), что биосинтез предшественников ароматизаторов в Allium s происходит через S -алк (эн) илилирование цистеина в глутатион с последующей транспептидацией для удаления глицильной группы, окислением до сульфоксида цистеина. и, наконец, удаление глутамильной группы с образованием CSO.Этот путь имеет параллели с деградацией глутатиона (Leustek et al. , 2000), что будет обсуждаться позже. Альтернативный путь биосинтеза (рис. 1B) исключает глутатион в пользу прямого алк (ен) илилирования цистеина или тиоалк (ен) илилирования O- ацетилсерина с последующим окислением до сульфоксида. Это также имеет параллели в производстве нескольких вторичных метаболитов, опосредованных цистеинсинтазой (CS, EC 4.2.99.8, также известной как O -ацетилсеринтиоллиаза) (Ikegami and Murakoshi, 1994).В обоих путях были подробно изучены некоторые из предложенных биосинтетических ферментов из Allium s, и их роль была выведена из других систем. Относительный вклад обоих путей во всех тканях и на протяжении всей истории жизни также неясен, и источник алк (ен) ильных групп еще предстоит выяснить.

Рис. 1.

Два предложенных пути синтеза предшественников ароматизатора Allium , показанные для синтеза сульфоксида метилцистеина.Предполагается, что биосинтез других предшественников протекает аналогично, но с участием другого донора алк (ен) ила. (адаптировано из Granroth, 1970; Lancaster and Shaw, 1989). Путь A (слева) иллюстрирует участие глутатиона, который метилируется, а затем за счет потери глицина, окисления и, наконец, потери γ-глутамильной группы, превращающейся в метилцистеинсульфоксид. Путь B показывает альтернативный путь через прямое метилирование O -ацетилсерина с образованием метилцистеинсульфоксида.

Рис. 1.

Два предложенных пути синтеза предшественников ароматизатора Allium , показанные для синтеза сульфоксида метилцистеина. Предполагается, что биосинтез других предшественников протекает аналогично, но с участием другого донора алк (ен) ила. (адаптировано из Granroth, 1970; Lancaster and Shaw, 1989). Путь A (слева) иллюстрирует участие глутатиона, который метилируется, а затем за счет потери глицина, окисления и, наконец, потери γ-глутамильной группы, превращающейся в метилцистеинсульфоксид.Путь B показывает альтернативный путь через прямое метилирование O -ацетилсерина с образованием метилцистеинсульфоксида.

Одна техническая проблема в экспериментах с использованием поврежденных тканей Allium , таких как разрезанные листья или сегменты луковиц, заключается в том, что аллииназа высвобождается и может расщеплять вновь образованные предшественники аромата. Кроме того, пептидазы и γ-глутамилтранспептидазы (EC 2.3.2.2) присутствуют в тканях лука и чеснока (Lancaster and Shaw, 1991; Ceci et al., 1992; Hanum et al. , 1995), предоставляя дополнительные возможности для обмена между биосинтетическими промежуточными продуктами предшественников ароматизаторов. Это может объяснить некоторые расхождения в результатах между разными исследовательскими группами. Некоторые исследования пытались избежать повреждения тканей, отслеживая поступление 35 S-сульфата в корни проростков или прорастающих луковиц. Другая стратегия использует культуру ткани, где тонкая кутикула позволяла вводить потенциальные биосинтетические промежуточные продукты в неповрежденные, но недифференцированные клетки.

Роль γ-глутамилпептидов в биосинтезе предшественника ароматизатора

Allium

Lancaster and Shaw (1989) исследовали биосинтетические отношения между γGP и CSO, проследив судьбу короткого импульса 35 S-сульфата в листьях, вырезанных из проростков лука, прорастающих зубчиков чеснока и луковиц декоративного Allium siculum. . Это исследование легло в основу предположения, что γGP являются промежуточными продуктами биосинтеза CSO.Глутатион, γ-глутамилцистеин, γ-глутамилпропенилцистеинсульфоксид, метилглутатион и S -2-карбоксипропилглутатион, наряду с несколькими неидентифицированными соединениями, были помечены в течение первых 15 минут, в то время как для радиоактивной метки потребовалось 6 часов. появляются в ОГО. Хотя на протяжении всего эксперимента в глутатионе было обнаружено некоторое количество 35 S, радиоактивная метка не была обнаружена в γGP после первого дня. В листьях лука MCSO вела себя иначе, чем PeCSO и PCSO, в том смысле, что количество метки оставалось неизменным при измерениях, проведенных через 7 дней, тогда как в PeCSO количество меток увеличилось к этому времени в 8 раз, а в PCSO - в 5 раз. 35 S-меченный S -2-карбоксипропилглутатион был обнаружен в луке и чесноке, но не в A. siculum .

Таким образом, импульс радиоактивной серы был включен сначала в глутатион и γGP, а затем в CSO. Появление меченного радиоактивным изотопом сульфата в глутатионе не является неожиданным, поскольку сульфат ассимилируется в цистеин, и было подсчитано, что одна треть этого количества немедленно направляется в реакции цикла глутатиона. Хотя MCSO присутствует в луке и чесноке, он был основным предшественником вкуса, обнаруженным в A.siculum Ланкастера и Шоу (1989). Присутствие меченого S -2-карбоксипропилглутатиона в луке и чесноке, но не A. siculum , позволяет предположить, что он является промежуточным звеном в биосинтезе аллильной, пропенильной и пропильной групп CSO (рис. 2), в согласии с Гранротом (1970). Аналогичное исследование (Эдвардс и др. , 1994) с использованием интактных наборов прорастающего лука показало, что характер включения отличался в неповрежденных тканях, при этом большая часть радиоактивности происходила в CSO с небольшим указанием на то, что метка была в γGP. до входа во фракцию CSO.Различия, наблюдаемые в ходе этих двух исследований, могут быть вызваны метаболическими различиями между интактными растениями и отделившимися стареющими листьями. Эти эксперименты, тем не менее, предоставили убедительный путь биосинтеза и объяснение взаимосвязи между несколькими соединениями серы, обнаруженными в Allium s. Однако биосинтез в разных тканях и состояниях развития, происхождение алк (ен) ильных групп, а также взаимосвязь между CSO и γGP требуют дальнейшего изучения.

Рис. 2.

Предлагаемый путь биосинтеза аллильных, пропенильных и пропильных групп предшественников ароматизатора Allium (адаптировано из Granroth, 1970; Lancaster and Shaw, 1989). Показанный путь демонстрирует, как метакрилат может быть преобразован в аллильную, пропильную или пропенильную группу. Другие промежуточные продукты в биосинтезе предшественников ароматизаторов не показаны.

Рис. 2.

Предлагаемый путь биосинтеза аллильных, пропенильных и пропильных групп предшественников ароматизатора Allium (адаптировано из Granroth, 1970; Lancaster and Shaw, 1989).Показанный путь демонстрирует, как метакрилат может быть преобразован в аллильную, пропильную или пропенильную группу. Другие промежуточные продукты в биосинтезе предшественников ароматизаторов не показаны.

Происхождение заместителей алк (ен) ила

Цистеин, как известно, химически реагирует с метакриловой кислотой с образованием S -2-карбоксипропилцистеина, обеспечивая таким образом путь к алк (ен) ильным группам в ACSO, PeCSO и PCSO. Гранрот (1970) уже показал, что 14 C-валин дает радиоактивно меченную метакриловую кислоту, которая может реагировать с глутатионом с образованием S -2-карбоксипропилглутатиона. In vivo , метакрилил-КоА является промежуточным звеном катаболизма валина (Zolman et al. , 2001), обеспечивая источник этого материала внутри клетки. На основании этих данных было сделано предположение, что все алк (ен) ильные боковые цепи в CSO (кроме метильной) были образованы из S -2-карбоксипропильной группы посредством декарбоксилирования и восстановления, как показано на рис. 2. В качестве дополнительных доказательств для этого маршрута in vivo , как Granroth (1970), так и Suzuki et al. (1962) идентифицировал включение 14 C-валина в S -2-карбоксипропилцистеин и S -2-карбоксипропилглутатион.Кроме того, Гранрот (1970) подтвердил, что лук может гидролизовать S -2-карбоксипропилглутатион и что в ткани листьев лука S -2-карбоксипропилцистеин быстро превращается в PeCSO, хотя и без включения радиоактивной метки в S. -2-карбоксипропилглутатион.

Эксперименты для определения способности лука превращать S -2-карбоксипропилцистеин в PeCSO были также проведены Парри и его коллегами. Мечение атома серы и пропильной группы в S -2-карбоксипропилцистеине показало, что луковые растения превращали его в PeCSO без значительных изменений (Parry and Sood, 1989).Эти эксперименты также предоставили информацию об окислительном декарбоксилировании S -2-карбоксипропилцистеина. Тритий в C-2 карбоксипропильной группы оставался в PeCSO, в то время как тритий в C-3 терялся. Это указывает на то, что производное 3-кето- S -2-карбоксипропилцистеина не является промежуточным продуктом в реакции декарбоксилирования. Последующие эксперименты, в которых S -2-карбоксипропилцистеин стереоспецифически тритировали по C-3, доказали, что конфигурация реакции была такой же, как и при декарбоксилировании, связанном с биосинтезом порфирина и терминального алкена у растений (Parry and Lii, 1991).

Есть признаки того, что включение серы в CSO и окисление до сульфоксида осуществляется ферментами с широкой субстратной специфичностью. Биосинтез цистеина путем добавления серы к O -ацетилсерину требует членов семейства цистеинсинтаз, некоторые члены которого, как известно, играют роль во вторичном метаболизме (Ikegami and Murakoshi, 1994). Хотя цистеин может быть алк (ен) илилирован в составе трипептида глутатиона, есть убедительные доказательства того, что это также может происходить во время синтеза одной аминокислоты.Инкубация листьев лука или чеснока с 14 C-серином и рядом тиолов (включая этантиол, бензолметантиол и 2-тиоэтанол) приводила к синтезу соответствующих замещенных цистеинов с радиоактивной меткой (Granroth, 1970). В целом согласны с этой работой, эксперименты Turnbull et al. (1981) показал, что проникновение 14 C-серина и 14 C-цистеина в прорастающие листья лука привело к включению радиоактивности как в MCSO, так и в PeCSO.Добавление серина и либо 2-пропентиола, либо этантиола к культурам корня лука привело к синтезу ACSO и S -этил CSO (Prince et al. , 1997), ни один из которых обычно не синтезируется луком. Однако наблюдение, что доставка меченного радиоактивным изотопом цистеина в ткань лука (Granroth, 1970) всегда приводила к быстрому образованию PeCSO, предполагает, что это происходит непосредственно из цистеина. Если бы перенос тиоалкила на O -ацетилсерин был единственным источником биосинтеза CSO, то маловероятно, что радиоактивные метки попадут в CSO из цистеина.

Доказательства общей природы стадии окисления получены из нескольких исследований, которые демонстрируют окисление экзогенных S -алк (ен) илцистеинов до соответствующего сульфоксида. Гранрот (1970) показал, что S -метилцистеин, S -этилцистеин, S -пропилцистеин и S -пропенилцистеин могут быть окислены до соответствующего сульфоксида тканью лукового листа. Более поздние эксперименты подтверждают этот вывод. Например, ткани лука, чеснока и лука-пучка были способны преобразовывать S -аллилцистеин в ACSO, даже если эти виды не продуцируют ACSO (Ohsumi et al., 1993), с указанием того, что окисление опосредовано стереоспецифическим ферментом. Оксидаза, предложенная Ланкастером и Шоу (1989) для действия на γ-глутамил- S -алк (ен) илцистеины, может, следовательно, также распознавать S -алк (ен) илцистеины.

Контроль биосинтеза предшественников ароматизаторов: биосинтез в культуре тканей

Путь биосинтеза предшественников ароматизаторов в луке и чесноке, по-видимому, не ограничен определенной тканью или типом клеток.Синтез вторичных метаболитов недифференцированными клетками во многих культурах растительных клеток или тканей обычно намного ниже, чем в интактном растении, но изменение условий роста может стимулировать значительное увеличение урожайности (Collin, 2001). Таким образом, исследования с использованием культур тканей лука и чеснока могут дать представление о том, может ли добавление каких-либо предлагаемых биосинтетических промежуточных продуктов стимулировать этапы биосинтеза CSO. Все исследования показывают, что аллииназа присутствует в культурах тканей лука (Davey et al., 1974), но основные предшественники аромата отсутствуют или присутствуют только в небольших количествах в недифференцированной каллусе. Недифференцированные бесцветные каллусы лука и чеснока содержали менее 10% от уровня предшественников аромата в луковицах и почти полностью содержали MCSO (Селби и др. , 1979; Ланкастер и др. , 1988). Следовые количества PeCSO могут быть обнаружены в каллусе лука после инкубации с 14 C-цистеином или серином (Turnbull et al. , 1981), что указывает на то, что этот путь биосинтеза был активен только в очень ограниченной степени.Имеются сообщения о низких уровнях ACSO и PCSO в недифференцированном каллусе чеснока (Madhavi et al. , 1991), а также о PCSO и PeCSO в каллусе лука-чеснока (Mellouki et al. , 1996), что позволяет предположить, что Allium виды в культуре ткани могут различаться по биосинтетической способности.

Синтез полного спектра предшественников аромата может возобновиться, если каллусам будет позволено повторно дифференцироваться или восстановить способность к фототрофному метаболизму. Как только каллус чеснока снова дифференцировался в зеленые побеги или корни (Lancaster et al., 1988), ткани содержали ACSO, MCSO и PCSO на уровнях, сопоставимых с интактными растениями. Возобновление синтеза предшественника вкуса после повторной дифференцировки каллуса лука на побеги и корни после удаления ауксина 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты (2,4, D) было зарегистрировано ранее Turnbull et al. (1981), а ауксин-4-амино-3,5,6-трихлорпиколиновая кислота (пиклорам) индуцировала PeCSO даже на высоких уровнях, которые подавляли явную дифференцировку (Musker et al., 1988).

Добавление доноров S -alk (en) ила или предполагаемых промежуточных продуктов биосинтеза способствует синтезу CSO в тканевых культурах. Очень низкие уровни MCSO и ACSO были обнаружены в побеговых каллюсах чеснока (90 мкМ CSO по сравнению с 6,0 мМ в луковицах) вместе со следовыми количествами S -аллилцистеина и S -метилцистеина (Ohsumi et al. , 1993), но добавление 2-пропентиола к культуральной среде приводило к обнаруживаемым уровням как S, -аллилцистеина, так и ACSO в течение нескольких часов.Недавние эксперименты в нашей лаборатории также продемонстрировали, что как луковые, так и тканевые культуры чеснока способны синтезировать ACSO, если они снабжены 2-пропентиолом или S -аллил-L-цистеином, и PCSO, когда поставляются с пропилтиолом или S - пропил-L-цистеин (J Hughes, неопубликованная работа). Синтез PeCSO может быть аналогичным образом восстановлен до значительных уровней в культуре каллуса лука с помощью S -2-карбоксипропилцистеина или S -пропенилцистеина (Selby et al., 1980). Потенциальные промежуточные продукты, полученные ранее в пути биосинтеза, не имели такого эффекта. Это предполагает, что отсутствие биосинтеза ароматических соединений в культурах ткани лука происходит из-за ингибирования образования S -2-карбоксипропилцистеина.

Таким образом, имеется экспериментальное свидетельство синтеза CSO, протекающего через алк (ен) илилированный свободный цистеин и через S -алк (ен) илилированный глутатион. Вопрос о том, действуют ли оба пути постоянно во всех тканях, еще предстоит решить, но информация о ферментах, необходимых для обоих путей, могла бы помочь в ответе.

Пептидазы и транспептидазы

Связь между γ-глутамилпептидами и алк (ен) илцистеинсульфоксидами, предложенная Ланкастером и соавторами (Lancaster and Shaw, 1989; Lancaster et al. , 1989; Randle et al. , 1995), где первые являются биосинтетическими предшественниками последнего, требуется активность ферментов по удалению глициловых и γ-глутамильных остатков из возникающего алк (ен) илсульфоксида. γ-глутамилтранспептидаза катализирует перенос γ-глутамильной группы от γ-глутамилпептидов либо к аминокислотам, либо к другим пептидам.Этот фермент может также действовать как γ-глутамилпептидаза, требуя только воды в качестве акцептора. У млекопитающих и микроорганизмов он участвует в «γ-глутамиловом цикле» (рис. 3), который разрушает глутатион и участвует в транспорте цистеина (Noctor et al. , 2002). Обе эти активности были обнаружены в водных экстрактах гвоздики и листьев проросшего сорта чеснока Red (Ceci et al. , 1992). Активность ферментов была выше в быстрорастущих листьях. Активность гамма-глутамилпептидазы была зафиксирована в листьях лука-чеснока и снизилась до 5% от этого уровня в клеточных культурах (Mellouki et al., 1996). Добавление экзогенной пептидазы увеличивало выход аллииназной реакции из культур клеток лука-чеснока, предполагая, что недостаток γ-глутамилтранспептидазы также может быть причиной низких уровней предшественников аромата в культуре тканей.

Рис. 3.

Предлагаемые пути деградации глутатиона у растений и животных. (Адаптировано из Leustek et al. , 2000; Noctor et al. , 1998.) Путь A (слева) указывает на γ-глутамиловый цикл у животных.Путь B (справа) указывает на второй путь, который существует по крайней мере в некоторых растениях.

Рис. 3.

Предлагаемые пути деградации глутатиона у растений и животных. (Адаптировано из Leustek et al. , 2000; Noctor et al. , 1998.) Путь A (слева) указывает на γ-глутамиловый цикл у животных. Путь B (справа) указывает на второй путь, который существует по крайней мере в некоторых растениях.

Активность γ-глутамилпептидазы была обнаружена в листьях, корнях и луковицах растущего лука, но не в спящих луковицах разновидности Саутпорт Уайт Глоб (Lancaster and Shaw, 1991).Однако он был обнаружен в хранящихся луковицах лука сорта Спартан Баннер, когда они хранились при 20 ° C в течение 8 месяцев. Активность постепенно увеличивалась с четвертого месяца в магазине (Hanum et al. , 1995). Измерение сульфоксида γ-глутамилпропенилцистеина и PeCSO в луковицах семи сортов лука при хранении в прохладном месте в течение 4 месяцев показало постепенное снижение уровней сульфоксида γ-глутамилпропенилцистеина и повышение уровней PeCSO (Kopsell et al. , 1999).Исследование луковиц показало, что некоторые из них оставались бездействующими во время хранения, в то время как другие сорта выходили из состояния покоя после первого месяца. Очевидно, что сорта лука различаются по характеристикам хранения, и это может объяснить разные результаты по активности γ-глутамилтранспептидазы, обнаруженные в этих исследованиях.

В прорастающих луковицах лука это связано с гидролизом и ремобилизацией γGP. Γ-глутамилтранспептидаза была частично очищена из лука (Lancaster and Shaw, 1994), который проявлял как пептидазную активность, которая не зависела от pH, так и активность транспептидазы, которая существенно повышалась при pH выше 8.0. Он показал значения K m между 0,4 мМ и 2,0 мМ для нескольких производных γ-глутамила и значение K m для глутатиона 5 мМ. Его субстраты включали γ-глутамилметилцистеин, γ-глутамилпропенилцистеин, 2-карбоксиглутатион и сульфоксид γ-глутамилпропенилцистеина, причем для последних двух значений K m были ниже расчетных клеточных концентраций (Lancaster and Shaw , 1994). Если гидролиз γ-глутамиловой части сульфоксидов γ-глутамилалк (ен) илцистеина требовался во время синтеза CSO в этих тканях, этот фермент мог быть задействован, и эксперименты in vitro показали, что он обладает широкой субстратной специфичностью.Имеются также данные о другом пути деградации глутатиона у некоторых растений (рис. 3B), который начинается с удаления остатка глицина из глутатиона, а не глутамильной группы (Leustek et al. , 2000).

Контроль биосинтеза предшественников ароматизаторов: влияние подачи и хранения серы и азота

Очевидно, что для биосинтеза ароматических соединений требуется значительное количество серы. При коммерческом производстве лука обычно считается, что на остроту влияет сера, при этом более высокая доступность серы, как правило, приводит к большей интенсивности вкуса.Существует коммерческий интерес к выращиванию мягкого лука, и это обычно предполагает использование соответствующих сортов лука в среде с низким содержанием серы (Randle et al. , 1995). Исследования влияния этих режимов роста на вкус дают некоторую информацию о биосинтезе аромата. Влияние на накопление серы и уровни ароматических соединений в луке при изменении среды роста предполагает, что MCSO ведет себя иначе, чем PeCSO.

Хотя PeCSO является основным CSO в луке, синтез MCSO можно улучшить, изменив условия выращивания за пределами диапазонов, обычно встречающихся в сельском хозяйстве.К ним относятся низкий уровень серы (S) и высокий уровень азота (N). Исследование 16 сортов лука короткого дня, выращенных в искусственной почвенной среде с двумя уровнями содержания серы (в виде сульфата, 2,0 мМ и 0,05 мМ), показало, что, хотя луковицы, выращенные с более высоким уровнем серы, содержали больше предшественников аромата (Randle and Bussard, 1993), было мало корреляции между уровнями серы в почве и предшественниками ароматизаторов (измеренными как ферментативно генерируемый пируват). Однако более позднее исследование только трех сортов лука (Рио-Гранде, Саванна Свит и Саутпорт Уайт Глоб) дало более подробную картину.Эти луковицы выращивали на песке, поддерживающем пять уровней сульфата (Randle et al. , 1995). При самом низком уровне сульфата (0,05 мМ) все сорта демонстрировали симптомы дефицита серы, но почти 95% общей серы в луковице можно было отнести к MCSO, PCSO и PeCSO и сульфоксиду γ-глутамилпропенилцистеина, что указывает на биосинтез предшественника вкуса. был сильным поглотителем серы даже при недостатке серы. При наивысшем уровне использованного сульфата (1,55 мМ) менее 40% серы в луковице могло быть отнесено к этим соединениям и, вместо этого, должно было присутствовать в компонентах пути биосинтеза ароматизатора, которые не были измерены, или в других органических соединениях серы. .

В более позднем исследовании было обнаружено значительное количество сульфата в луковицах этих трех сортов, которое увеличивалось по мере увеличения уровня сульфата в искусственной питательной среде (Randle et al. , 1999). Общее количество серы в луковицах всех трех сортов было одинаковым на каждом уровне сульфата в среде и увеличивалось по мере увеличения уровней. Уровень CSO (измеренный как ферментативно генерируемый пируват) также увеличивался в ответ на увеличение содержания сульфата в среде для выращивания, но уровни отдельных CSO были разными для трех сортов.MCSO преобладала при самых низких уровнях сульфата во всех трех сортах и ​​оставалась аналогичной или уменьшалась по мере увеличения содержания сульфата в среде. Выше 0,425 мМ уровень PeCSO повышался до уровня MCSO или превышал его. Саутпорт Уайт Глоуб имел более низкий уровень PeCSO, чем два других сорта, на который не повлияло увеличение содержания сульфата. Уровни PeCSO в Рио-Гранде были выше, но также не подвержены влиянию сульфатов в окружающей среде. Однако уровни в Savannah Sweet неуклонно снижались по мере увеличения содержания сульфата.McCallum et al. (2002) наблюдали изменения в уровнях транскриптов нескольких генов, необходимых для поглощения и ассимиляции сульфатов (APS-редуктаза, АТФ-сульфурилаза, высокоаффинный переносчик сульфата и сульфитредуктаза) в ответ на временное или долгосрочное лишение серы сортов лука Canterbury Longkeeper и Houston Grano, указывающие на то, что регулирование этих начальных стадий ассимиляции серы также лежит в основе различий во вкусе лука.

Для выращивания перезимованного лука с мягким вкусом на супесчаной почве в регионе Видалия, США, применение удобрений, содержащих S , не рекомендуется с весны, так что лук будет испытывать среду с пониженным содержанием серы. .Сульфат применяется зимой, чтобы обеспечить хороший рост корней и листьев. При исследовании графика вывода сульфата сорт Sweet Vidalia выращивали в искусственной среде, где начальный уровень 1 мМ сульфата был снижен до 0,05 мМ для шести групп растений с последовательными двухнедельными интервалами (Randle et al. ). , 2002). Анализ содержания серы в листьях и луковицах при сборе урожая показал, что было больше серы в луковицах или листьях, где более высокий уровень серы сохранялся до ближайшего времени сбора урожая.Уровни CSO (измеренные как ферментативно генерируемый пируват) также были выше в луковицах, выдерживаемых при концентрации 1 мМ сульфата дольше. Однако анализ отдельных CSO и сульфоксида γ-глутамилпропенилцистеина показал, что, хотя низкие уровни PCSO не зависели от снижения содержания сульфата, уровни γ-глутамилпропенилцистеинсульфоксида и PeCSO увеличивались в луковицах растений, поддерживаемых на более высоком уровне. сульфата дольше. Уровни MCSO были постоянно самыми высокими, но снижались, когда вывод сульфата откладывался.Различное поведение трех предшественников аромата было очень очевидным.

Метаболизм серы тесно связан с метаболизмом азота через выработку аминокислоты цистеина как первого органического соединения серы при ассимиляции серы. Таким образом, подача азота может влиять на поглощение серы и образование CSO. Интересно, что N, по-видимому, не влияет на уровень неорганической S (измеряемой в виде сульфата) в луковицах, а вместо этого изменяет уровни некоторых ассимилятов серы.Когда сорт лука Granex 33 был выращен гидропонно с 250 мг на литр -1 S и 20-140 мг на литр -1 N (из нитрата аммония), хотя уровень неорганической серы в луковицах не был затронут, органическая сера в луковицах оставалась неизменной. луковиц увеличивалось, когда количество серы в гидропонной среде увеличивалось примерно до 80 мг / л -1 N, но впоследствии уменьшалось (Coolong and Randle, 2003 a ). Анализ CSO и γGP показал, что основной эффект был на сульфоксид γ-глутамилпропенилцистеина, где уровни увеличивались примерно в 10 раз до 80 мг / л -1 N, а затем существенно снижались.Уровни PCSO практически не пострадали, но MCSO постоянно увеличивалась по мере увеличения внешнего уровня азота. PeCSO также находился под влиянием, немного увеличиваясь, когда уровень азота в гидропонной среде повышался до 80 мг / л -1 N, но затем немного снижался. Как следствие, PeCSO вносил основную долю предшественников ароматизатора при более низких уровнях азота (20–56 мг на л -1 N), а MCSO был основным компонентом выше 80 мг на литр -1 Н. Разница в поведении между Интересны три предшественника аромата, так же как и тот факт, что действительно основное влияние было на уровни γGP, а не CSO.

В дополнение к этому исследованию уровень серы и азота, доступный для сорта Granex 33 по мере его созревания в гидропонной культуре, варьировался (5, 45 и 125 мг л -1 S в виде сульфата; 10, 50, 90 и 130 мг / л -1 N нитрата аммония). Самый низкий уровень азота привел к появлению симптомов дефицита, включая пожелтение листьев и небольших луковиц, содержащих меньшее количество N, S, CSO и γGP, чем после всех других обработок (Coolong and Randle, 2003 b ).При самом низком уровне N (10 мг / л -1 ) уровни MCSO, PCSO и γGP в луковицах оставались низкими и неизменными, независимо от поступления серы. Единственным исключением были уровни PeCSO. Это было выше в среде с дефицитом азота при самом низком уровне серы, чем при более адекватной подаче азота. Уровни MCSO были постоянно выше, чем у PeCSO. Это указывает на то, что поступление азота, а не серы, оказывает большее влияние на уровни MCSO. Различные эффекты поставки S на PeCSO и γGP предполагают, что их синтез находится под разным контролем.

Еще одно исследование, которое показало различное поведение MCSO и PeCSO, проводилось во время хранения луковиц лука более 4 месяцев. За это время уровни PeCSO увеличились во всех шести сортах лука, в то время как уровни MCSO остались практически такими же или снизились (Kopsell et al. , 1999).

Тканевое и субклеточное расположение

Allium Биосинтез предшественника ароматизатора

Имеется ограниченная информация о том, где синтезируются предшественники ароматизаторов, и это обобщено для местоположений внутри ячейки на рис.4. После выделения хлоропластов, митохондрий и цитоплазмы из эпидермиса листьев прорастающих луковиц лука глутатион был идентифицирован в хлоропластах и ​​цитоплазме, в то время как CSO и γGP располагались только в цитоплазме, а γ-глутамилцистеин - в хлоропластах ( Lancaster и др. , 1989). Также было идентифицировано расположение нескольких активностей ферментов, необходимых для биосинтеза. Один из ферментов, необходимых для биосинтеза глутатиона, γ-глутамилцистеинсинтетаза, находится в хлоропластах, тогда как γ-глутамилтранспептидаза находится в цитоплазме, хотя небольшая часть может быть связана с пероксисомами.

Рис. 4.

Субклеточное расположение промежуточных продуктов биосинтеза, предшественников ароматизаторов и аллииназы в Allium s. Местонахождение основано на данных по луку и чесноку, а также на местонахождении подобных ферментов в других растениях. У лука аллииназа присутствует в вакуоли всех клеток. В чесноке аллииназа присутствует только в вакуоли клеток оболочки пучка. Не в масштабе.

Рис. 4.

Субклеточное расположение промежуточных продуктов биосинтеза, предшественников ароматизаторов и аллииназы в Allium s.Местонахождение основано на данных по луку и чесноку, а также на местонахождении подобных ферментов в других растениях. У лука аллииназа присутствует в вакуоли всех клеток. В чесноке аллииназа присутствует только в вакуоли клеток оболочки пучка. Не в масштабе.

Зрелые клетки луковицы луковицы большие и тонкостенные с тонким периферическим слоем цитоплазмы, выстилающей внутреннюю часть стенки. Большая центральная вакуоль занимает большую часть объема клетки. Электронная микроскопия показала наличие мелких пузырьков как в цитоплазме, так и в центральной вакуоли (Turnbull et al., 1981). Выделение вакуолей из чешуек внутренней луковицы показало, что литический фермент аллииназа изолирован внутри вакуоли, в то время как предшественники аромата находятся в цитоплазме (Lancaster and Collin, 1981). Дальнейшее исследование (Lancaster et al. , 1989) субклеточной локализации в луке подтвердило эти результаты. Прорастающие листья лука инкубировали с 35 S-сульфатом в течение 1 дня для мечения предшественников ароматизатора. CSO были обнаружены в цитоплазматической фракции.Свидетельством того, что аллииназа была изолирована в вакуоли, был сильный запах лука, который обнаруживался при лизировании протопластов и вакуолей.

В отличие от лука, аллииназа в чесноке ограничена определенными типами клеток. Запасной орган лука состоит из чешуек, образовавшихся от набухших оснований листьев, тогда как у чеснока он образован от набухших боковых почек. Зубчики чеснока содержат сильно вакуолизированные клетки паренхимы как запасной мезофилл, перемежающийся с сосудистыми пучками. Когда свежие срезы гвоздики рассматривали в синем свете (Ellmore and Feldberg, 1994), наблюдалась сильная желто-зеленая автофлуоресценция от клеток оболочки пучка, а не от клеток любого другого типа.Эти клетки образовывали слой толщиной от одной до четырех клеток вокруг сосудистых пучков. Флуоресценцию приписывают кофактору пиридоксаль-5'-фосфата, присутствующему в аллииназе. Это было подтверждено окрашиванием срезов зубчиков чеснока на активность аллииназы, где клетки оболочки пучка стали плотно окрашены, с указанием того, что пятно было в вакуоли (Ellmore and Feldberg, 1994). Поликлональные антитела к аллииназе также интенсивно окрашивали внутреннюю часть клеток оболочки пучка. Окрашивание соседнего запасающего мезофилла, хотя и присутствовало, было намного слабее, и не было окрашивания клеток мезофилла, более удаленных от сосудистых пучков.Это клеточно-специфическое расположение аллииназы в чесноке отличается от ситуации в луке, где данные свидетельствуют о том, что она присутствует в вакуолях всех клеток луковиц и листьев.

Луковицы лука луковицы появляются в течение 4–6 недель, когда растение увеличивается в весе в 3–4 раза. Ланкастер и его коллеги проследили изменения в предшественниках вкусовых добавок, которые произошли во время этого процесса (Lancaster et al. , 1986). Белые нефотосинтетические основания листьев набухают, образуя луковицу в виде ряда концентрических чешуек.Новые чешуйки луковицы быстро расширяются в центре развивающейся луковицы, тогда как более старые стареют так же быстро, образуя внешние бумажные защитные слои. Анализ предшественников аромата в листьях и чешуях луковиц развивающихся луковиц показал, что предшественники аромата перемещались от листовой пластинки к ее основанию по мере развития чешуек луковицы (Lancaster et al. , 1986). Листовые пластинки содержали большое количество всех трех предшественников аромата до образования луковиц, но по мере развития луковиц уровни упали на 90%, и только PCSO оставалось в значительных количествах.По мере созревания луковицы предшественники аромата были потеряны из внешних стареющих чешуек, и PCSO увеличилось в центральных чешуях, хотя уровни MCSO и PeCSO упали. Самые внутренние чешуйки луковицы не имели прикрепленных листовых пластинок, но содержали предшественники аромата. Анализ базальной пластинки луковицы обнаружил значительное количество предшественников аромата, что указывает на то, что это может быть путь движения между чешуей. При исследовании трех различных сортов лука (Hysam, Durco и Grano de Oro) Bacon et al. (1999) определила, что PeCSO был основным предшественником ароматизатора, и его уровень повышался во внутренних мясистых слоях, а также в верхней и нижней части луковиц после 6 месяцев хранения при 0–0,5 ° C. Уровни предшественников аромата были выше во внутренних мясистых слоях луковиц, а также в верхнем и нижнем сантиметрах луковиц, чем в двух внешних мясистых слоях луковиц.

Ферменты, которые могут участвовать в биосинтезе предшественника ароматизатора

Allium

Вторичные метаболические пути могут осуществляться через более чем один компартмент или тип клеток.Это может быть необходимо для регуляции или функции метаболита, но также может быть результатом эволюционного происхождения ферментов (Pichersky and Gang, 2000). Новый фермент возникнет как разновидность существующего фермента, который использовал аналогичный субстрат и катализировал образование аналогичного продукта. Некоторые из ферментов, которые были предложены для катализирования стадий биосинтеза ароматических соединений в Allium s, являются членами больших семейств, которые выполняют очень разнообразные функции. При вторичном метаболизме единственный способ однозначно определить функцию продукта гена в настоящее время - продемонстрировать его ферментативную активность.Было проведено очень мало исследований ферментов из Allium s, которые были бы необходимы для синтеза предшественников ароматизаторов. Следовательно, будет представлена ​​информация о метаболизме глутатиона и цистеина и C-S-лиазах с указанием аспектов, которые могут иметь отношение к ролям в биосинтезе предшественника ароматизатора Allium .

Глутатион и глутатион-

S -трансферазы

Прекурсоры аромата Allium s - одно из немногих мест, где конъюгаты глутатиона, как полагают, играют роль в эндогенном метаболизме растений.Обе стадии, предложенные для конъюгации глутатиона с метильными, 2-карбоксипропильными или метакрилатными группами, и последующая деградация глутатионовой части с образованием CSO имеют параллели в метаболизме глутатиона, который изучался на других растениях. Глутатион синтезируется как в цитозоле, так и в хлоропласте, и это согласуется с доступностью цистеина (Noctor et al. , 2002). Он не продуцируется с одинаковой скоростью всеми тканями и типами клеток растений. Например, трихомы на стеблях и листьях некоторых экотипов Arabidopsis thaliana демонстрируют гораздо более высокую экспрессию ферментов, участвующих в синтезе цистеина и глутатиона, и имеют более высокие уровни глутатиона, чем окружающие клетки (Gutierrez-Alcala et al., 2000). Если для синтеза CSO требуется глутатион, контроль синтеза глутатиона в Allium s вполне может отражать потребность в гораздо более высоком потоке, чем в других растениях.

Глутатион- S -трансферазная активность в Allium s детально не изучена. Он был обнаружен в эпидермальной ткани луковиц лука. Он присутствовал как в цитозольной, так и в микросомальной фракциях, и анализы с серией субстратов показали, что ферменты в каждом компартменте имели различную специфичность (Schröder and Stampfl, 1999).Когда конъюгация с флуоресцентным субстратом монохлорбиманом наблюдалась под микроскопом в эпидермальных полосках, флуоресценция была очевидна в цитоплазме и ядре, за которой следовала яркая и увеличивающаяся флуоресценция в вакуоли, когда конъюгат транспортировался туда.

Глутатион- S -трансферазы представляют собой большое и древнее суперсемейство ферментов, где N-концевой сайт связывания глутатиона лучше консервативен, чем C-концевой сайт связывания совместного субстрата. Экспрессия специфических глутатион- S -трансфераз заметно варьирует во время развития растений, деления клеток и старения (Marrs, 1996).Роль глутатион- S -трансфераз в детоксикации ксенобиотиков, таких как гербициды, широко изучалась (обзор Marrs, 1996; Coleman et al. , 1997). Они действуют совместно с другими ферментами, выводя токсины из ксенобиотиков за счет конъюгации с глутатионом для повышения растворимости в воде. Это опосредуется глутатион- S -трансферазами в цитозоле, и затем конъюгат транспортируется в вакуоль или апопласт с помощью транспортеров, расположенных внутри тонопласта или плазматической мембраны.Вакуолярная карбоксипептидаза может отщеплять глицин от конъюгатов глутатион- S , а дипептидаза может удалять глутамильную группу, оставляя цистеиновый конъюгат (цитируется в Coleman et al. , 1997). Отток конъюгатов цистеина из вакуоли сопровождается дальнейшим метаболизмом C-S-лиазами в цитозоле. Метаболиты, продуцируемые этим процессом, могут экспортироваться в апопласт и связываться с лигнином и целлюлозой (Coleman et al. , 1997).

Биосинтез предшественников ароматизатора Allium может быть примером использования этой системы для синтеза вторичных метаболитов, хотя, по-видимому, задействованы разные клеточные компартменты.Как показано на рис. 4, аллииназа изолирована в вакуоли, а не в цитоплазме, а CSO находятся в цитоплазме (Lancaster and Collin, 1981) или в небольших цитоплазматических пузырьках (Edwards et al. , 1994). Хотя сульфоксиды γ-глутамилалк (ен) илцистеина не являются субстратами для аллииназы, если они обрабатываются в вакуоли, им может потребоваться защита от аллииназы перед экспортом в цитоплазму. В этом контексте наблюдение, что аллииназа образует стабильный комплекс с лектином в чесноке (Rabinkov et al., 1995; Смец и др. , 1997). Эти два являются основными белками зубчиков чеснока, и хотя нет никаких доказательств того, что этот комплекс существует in vivo , он может обеспечить средства для дальнейшего отделения аллииназы от ее субстрата.

Синтез цистеина

Требование высоких уровней продукции цистеина в Allium s предполагает, что регуляция биосинтеза цистеина может отличаться от других растений.Кроме того, исследования включения серина и тиолов в Allium s (Granroth, 1970; Ohsumi et al. , 1993; Prince et al. , 1997) показывают, что биосинтез цистеина может обеспечить путь для синтеза некоторых S -алк (ен) ил цистеинов.

Заключительная стадия синтеза цистеина катализируется двумя последовательными ферментами, серинацетилтрансферазой (SAT (EC 2.3.1.30) и цистеинсинтазой (Leustek et al. , 2000). Это стадия, на которой неорганическая сера включается в первое органическое соединение серы в клетке, а также точка, в которой пути ассимиляции углерода и азота встречаются с ассимиляцией серы.После добавления O -ацетильной группы к серину с помощью SAT образуется аминоакрилатный аддукт O -ацетилсерина, связанный с пиридоксаль-5'-фосфатным кофактором CS. Он реагирует со вторым субстратом, сульфидом, с образованием цистеина, который высвобождается (Warrilow and Hawkesford, 2002). Каталитический механизм CS с промежуточным соединением, связанным с ферментом, обеспечивает возможности для развития активного центра для размещения различных заместителей.

Растения содержат семейства SAT и CS с цитозольными, хлоропластическими и митохондриальными изоформами (Inoue et al., 1999). Причина множественных форм и их наличие в отдельных органеллах неясна. С точки зрения синтеза предшественников ароматизатора Allium наиболее интересным аспектом является то, что некоторые CS обладают более широкой субстратной специфичностью, чем один сульфид. Фермент принадлежит к семейству β-замещенных аланинсинтаз, и существует несколько примеров активности CS с вторичной, а не первичной метаболической ролью (Ikegami and Murakoshi, 1994). Вид Mimosa L.и Leucaena Benth. накапливают мимозин, а представители семейства тыквенных, такие как арбуз ( Citrullus vulgaris Schrad.), содержат β-пиразол-1-илаланин. Оба этих вторичных метаболита образуются CS путем связывания пиразола или 3,4-дигидроксипиридина с O -ацетилсерином. Другие гетероциклические β-замещенные аланины были идентифицированы в составе других видов растений, помимо метаболитов регуляторов роста зеатина и 6-бензиламинопурина, а также ксенобиотиков, таких как триазольные гербициды (Ikegami and Murakoshi, 1994), которые все могут быть синтезированы путем конденсации соответствующее N -гетероциклическое соединение с O -ацетилсерином, опосредованное CS из видов растений, где вторичный метаболит встречается в природе.

В условиях анализа in vitro CS может использовать множество других соединений в качестве акцептора для аланильной части из O -ацетилсерина. Когда представлены подходящие субстраты, CS, очищенные от Leucaena leucocephala Lam. (De Wit), Pisum sativum L., Citrullus vulgaris , Spinacia oleracea , Lathyrus latifolius L., Lathyrus sativus L. и Allium tuberosum Rottl. ex Spreng.все были способны синтезировать S -метилцистеин, S -аллилцистеин и S -карбоксиметилцистеин со скоростью от 1% до 72% от таковой для синтеза цистеина (Ikegami and Murakoshi, 1994). С другими субстратами ферменты CS этих видов образовывали другие небелковые β-замещенные вторичные метаболиты аланина in vitro (Ikegami and Murakoshi, 1994).

SAT и CS из A. tuberosum были подробно изучены (Ikegami et al., 1993; Урано и др. , 2000). Два CS были очищены из листьев, которые не показали ингибирования O -ацетилсерином в концентрациях до 25 мМ. Оба они были способны синтезировать S -замещенные цистеины, а также β-цианоаланин, хотя и со скоростью менее 10% от цистеина в тех же условиях (Ikegami et al. , 1993). Субстраты, используемые этими ферментами, очень похожи на субстраты, используемые ферментом Spinacia oleracea .Измерение чувствительности SAT A. tuberosum к цистеину показало, что концентрация для 50% ингибирования составляла 48,7 мкМ, что было промежуточным между значениями, обычно получаемыми для чувствительных к обратной связи (<5 мкМ) и нечувствительных (> 100 мкМ) ферментов (Urano и др. , 2000). Уровни цистеина в A. tuberosum , около 45 нмоль на г -1 сырого веса, были оценены в 5–6 раз выше, чем в Nicotiana tabacum L. или Arabidopsis thaliana .Интересно, что уровни окисленного и восстановленного глутатиона у трех растений были сопоставимы. Более высокий уровень цистеина в A. tuberosum можно объяснить низкой чувствительностью SAT к ингибированию цистеина или другими факторами в обороте цистеина, необходимыми для удовлетворения спроса на биосинтез предшественника ароматизатора. Работа в нашей лаборатории показала, что чеснок имеет несколько CS, которые различаются по экспрессии в тканях и способности синтезировать S -аллил цистеин (A Tregova, J Hughes and J Milne, неопубликованная работа).

Продукция O -ацетилсерина с помощью SAT из Citrullus vulgaris (арбуз) проявляет ингибирование цистеином на физиологических уровнях (50% ингибирование при 2,9 мкМ), но не подвергается влиянию вторичного метаболита β-пиразол-1- илаланин даже в концентрации 1 мМ (Saito et al. , 1995), что позволяет предположить, что фермент ведет себя по-разному в регулировании поставки O -ацетилсерина для выполнения своих первичных и вторичных метаболических ролей. Синтез цистеина можно жестко регулировать, тогда как синтез β-пиразол-1-илаланина на этой стадии не контролируется.Если CS участвует в биосинтезе предшественников ароматизатора Allium , возможно, что подобная регуляторная система может быть задействована.

Последний пример цистеина в синтезе соединений, аналогичных предшественникам ароматизатора Allium , происходит из механизма толерантности к селену, обнаруженного у некоторых растений. Сера и селен химически подобны, и, таким образом, селен может быть включен в соединения, которые должны содержать серу, что приводит к проблемам токсичности.Анализ селенсодержащих летучих веществ из лука, чеснока, A. tuberosum и A. ampeloprasum L. показал, что Se-метильные соединения преобладают, несмотря на обилие других соединений S -алк (ен) ила в растения (Cai et al. , 1994). В некоторых ситуациях происходит различие между этими двумя элементами, и один из них заключается в синтезе Se-метил селеноцистеина в механизме толерантности растений Fabaceae, которые накапливают высокие уровни селена (Ellis and Salt, 2003).Растения синтезируют Se-метил селеноцистеин, γ-глутамил-Se-метил селеноцистеин и другие производные селена небелковых аминокислот, которые можно рассматривать как селеновые аналоги S -алк (ен) илцистеина и γ-глутамил- алк (ен) ил цистеиновые пептиды. Идентификация тиол / селенолметилтрансферазы из Astragalus bisulcatus (Neuhierl et al. , 1999) прояснила биосинтез этих метаболитов. Экспрессия фермента в Escherichia coli показала, что его субстратами были S -метилметионин и селеноцистеин, а активность с цистеином была близка к пределам обнаружения анализа.Хотя этот фермент из A. bisulcatus не может синтезировать S -метилцистеин, синтез этих метилированных и γ-глутамилированных аминокислот представляет собой интересную параллель с биосинтезом предшественника ароматизатора в Allium s.

Аллииназа и лиазы C-S

C-S-лиазы в растениях участвуют в первичном и вторичном метаболизме, расщепляя связи между атомами серы и углерода, и являются частью более крупного семейства аминотрансфераз.Члены включают аллииназу, а также цистатионин и цистинлиазы, цистеин-десульфидразу и ферменты, участвующие в детоксикации ксенобиотиков после конъюгации с глутатионом, а также, вероятно, другие, участвующие в биосинтезе глюкозинолатов и цианогенных глюкозидов (Kiddle et al. , 1999). Есть признаки того, что луковая аллииназа предпочтительно гидролизует PeCSO, а не MCSO или PCSO, поэтому PeCSO вносит больший вклад в аромат лука, чем два других предшественника (Nock and Mazelis, 1987; Coolong and Randle, 2003 b ).

Трехмерная кристаллическая структура аллииназы была решена с разрешением 1,5 Å в 2002 г. (Kuettner et al. , 2002). Это показало, что каждый 448 аминокислотный мономер фермента содержит три домена. Центральный и С-концевой домены имеют складчатую структуру, типичную для других C-S лиаз и аминотрансфераз. Центральный домен типичен для пиридоксаль-5'-фосфатзависимых ферментов класса 1. N-концевой домен отличает структуру аллииназы от других C-S лиаз и аминотрансфераз благодаря наличию EGF-подобного домена.Этот тип домена часто взаимодействует с другими белками и обычно содержит три дисульфидных мостика, образованных между остатками цистеина. Они редко встречаются в растительных белках, и аллииназа является первой, где EGF-подобный домен сливается с каталитическим доменом, а не как внеклеточная часть мембраносвязанного или секретируемого белка. Однако вакуолярное расположение аллииназы требует процесса транспорта после синтеза, который может обеспечивать функцию этого домена.

Источники алк (ен) ильных групп в прекурсорах ароматизатора

Allium

Хотя очевидно, что ряд тиолов может быть источником S -алк (en) ильных групп для ферментов CS in vitro (Ikegami and Murakoshi, 1994), в срезах ткани или в тканевой культуре (Granroth, 1970; Prince et al., 1997), неизвестно, играют ли они эту роль in vivo. Растительные ацил-активирующие ферменты особенно плохо охарактеризованы (Shockey et al. , 2003), и даже некоторые из этих параллельно хорошо охарактеризованных ферментов млекопитающих, по-видимому, играют разные роли. Arabidopsis thaliana , по-видимому, имеет 63 организма, что больше, чем у любого другого полностью секвенированного организма на сегодняшний день, предлагая большие возможности для опосредования стадий вторичного метаболизма, с возможностью того, что некоторые или их гомологи в Allium s могут выполнять неуловимый перенос алк (ен) ила в биосинтезе предшественника ароматизатора Allium (Shockey et al., 2003). Селеноцистеинметилтрансфераза из Astragalus bisulcatus , которая использует S -метилметионин для метилирования селеноцистеина, а не цистеина (Neuhierl et al. , 1999), является одним из примеров специализированной активности.

Метакрилат, предложенный в качестве предшественника аллильной, пропильной и пропенильной групп (Granroth, 1970; Lancaster and Shaw, 1989), встречается внутри клетки во время распада валина жирной кислоты с разветвленной цепью, вероятно, внутри пероксисомы растения.Реакционноспособный интермедиат метакрилил-КоА временно образуется во время этого процесса и может реагировать с нуклеофилами, такими как свободные тиолы (Zolman et al. , 2001). Хотя было выявлено заболевание человека, вызванное накоплением этого реактивного промежуточного продукта в митохондрии, у Arabidopsis thaliana тот же самый дефект вызывает устойчивость к ауксину и дефекты β-окисления в пероксисоме. Результат может быть другим в пероксисомах, где метакрилил-КоА синтезируется в регулируемом процессе с обильным поступлением тиолов из цистеина или глутатиона.

Еще один пример возможного происхождения аллильной группы, характерной для чеснока, - это более 120 вторичных метаболитов глюкозинолатов, обнаруженных в Brassicaceae, Capparaceae и Caricaceae (Fahey et al. , 2001). Биосинтез основной структуры глюкозинолата включает конъюгацию модифицированной аминокислоты с донором серы, предположительно цистеином, с последующим расщеплением, вероятно, CS-лиазой, с получением серосодержащего продукта, который впоследствии глюкозилируется и сульфатируется (Wittstock and Halkier , 2002).Может происходить очень обширная модификация аминокислоты, включая создание аллильной группы. Между окислением модифицированной аминокислоты цитохромом P 450 с образованием альдоксима и образованием тиогидроксимовой кислоты перед гликозилированием не было идентифицировано ни промежуточных продуктов, ни ферментов. Хотя активность C-S-лиазы, полученная из листьев Brassica napus , была способна расщеплять потенциальные промежуточные продукты биосинтеза, также использовались другие неприродные субстраты, что позволяет предположить присутствие нескольких ферментов (Kiddle et al., 1999). Замена сульфгидрильной группы цистеина и расщепление C-S-лиазой имеет очевидные параллели с ароматической системой Allium , которую можно было бы исследовать.

Заключительные замечания

Таким образом, понимание биосинтеза ароматизаторов в Allium s является захватывающим моментом. Биосинтетический путь, предложенный Ланкастером и его коллегами, обеспечил жизненно важную основу для интеграции результатов исследований на срезах тканей, культуре тканей и интактных растениях, хотя взаимосвязь между CSO и γGP до сих пор полностью не решена.Исследования эффектов серного питания дополнили современные знания о поведении каждого предшественника вкуса. Накапливается информация, позволяющая предположить, что биосинтез MCSO и, возможно, каждого предшественника аромата может регулироваться по-разному и может не идти одним и тем же путем во всех физиологических условиях. Пониманию этой интригующей области вторичного метаболизма будет способствовать растущее знание метаболизма глутатиона и цистеина в других растениях, в частности Arabidopsis thaliana , что дает параллели для исследования.Следующим этапом будет идентификация и изучение большего количества ферментов и генов в Allium s, которые участвуют в биосинтезе предшественников вкуса. Цистеинсинтазы являются очевидными мишенями, как и ферменты метаболизма глутатиона. Неуловимые источники характерных алк (ен) ильных групп Allium остаются неизвестными, и их идентификация является одновременно проблемой и целью.

Мы благодарны за обсуждение с коллегами и финансовую поддержку проекта ЕС «Чеснок и здоровье», QLK1-CT-1999-00498.

Список литературы

Анкри С., Мирельман Д.

1999

. Противомикробные свойства аллицина из чеснока.

Микробы и инфекции

1

, ​​

125

–129.

Bacon JR, Moates GK, Ng A, Rhodes MJC, Smith AC, Waldron KW.

1999

. Количественный анализ предшественников вкуса и уровней пирувата в различных тканях и сортах лука ( Allium cepa ).

Пищевая химия

64

, ​​

257

–261.

Блок E.

1992

. Сероорганический химический состав рода Allium - значения для органической химии серы.

Angewandte Chemie

31

, ​​

1135

–1178.

Brodnitz MH, Pascale СП.

1971

. Тиопропанал S -оксид: фактор слезотечения в луке.

Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии

19

, ​​

269

–272.

Cai XJ, Uden PC, Block E, Zhang X, Quimby BD, Sullivan JJ.

1994

. Allium Chemistry: идентификация летучих органических соединений селеноселена в естественном количестве из чеснока, слоновьего чеснока, лука и китайского лука с использованием газовой хроматографии над паром с атомно-эмиссионным детектированием.

Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии

42

, ​​

2081

–2084.

Ceci LN, Curzio OA, Pomilio AB.

1992

.γ-глутамилтранспептидаза / γ-глутамилпептидаза в проросших Allium sativum .

Фитохимия

31

, ​​

441

–444.

Коулман Джод, Блейк-Калфф ММА, Дэвис ТГЭ.

1997

. Детоксикация ксенобиотиков растениями: химическая модификация и вакуолярная компартментация.

Тенденции в растениеводстве

2

, ​​

144

–151.

Коли-Смит младший.

1986

.Взаимодействие между Sclerotium cepivorum и сортами лука, лука-порея, чеснока и Allium fistulosum .

Патология растений

35

, ​​

362

–369.

Collin HA.

2001

. Образование вторичных продуктов в культурах тканей растений.

Положение о выращивании растений

34

, ​​

119

–134.

Coolong TW, Randle WM.

2003

а .Уровень фертильности нитрата аммония влияет на развитие вкуса лука Granex 33, выращенного на гидропонике.

Журнал продовольственной науки и сельского хозяйства

83

, ​​

477

–482.

Coolong TW, Randle WM.

2003

б . Доступность серы и азота взаимодействует, чтобы повлиять на биосинтетический путь вкуса лука.

Журнал Американского общества садоводческих наук

128

, ​​

776

–783.

Дэви М.Р., Маккензи И.А., Фриман Г.Г., Шорт К.С.

1974

. Исследования некоторых аспектов роста, тонкой структуры и ароматизации луковой ткани, выращенной in vitro .

Письма о растениеводстве

3

, ​​

113

–120.

Эрншоу DM, McDonald MR, Boland GJ.

2000

. Взаимодействие между изолятами и группами мицелиальной совместимости Sclerotium cepivorum и сортами лука ( Allium cepa ).

Канадский журнал патологии растений

22

, ​​

387

–391.

Эдвардс SJ, Бриттон G, Collin HA.

1994

. Путь биосинтеза сульфоксидов S -alk (en) ил-L-цистеина (предшественников ароматизаторов) у видов Allium .

Ткани и культура клеток растений

38

, ​​

181

–188.

Ellis DR, Salt DE.

2003

. Растения, селен и здоровье человека.

Текущее мнение по биологии растений

6

, ​​

273

–279.

Ellmore GS, Feldberg RS.

1994

. Локализация аллиин-лиазы в пучковых оболочках зубчика чеснока ( Allium sativum ).

Американский журнал ботаники

81

, ​​

89

–94.

Fahey JW, Zalcmann AT, Talalay P.

2001

. Химическое разнообразие и распределение глюкозинолатов и изотиоцианатов среди растений.

Фитохимия

56

, ​​

5

–51.

Фенвик Дж., Хэнли А.

1985

. Род Allium .

Критические обзоры пищевой науки и питания

22

, ​​

199

–271.

Gmelin R, Huxa H-H, Roth K, Höfle G.

1976

. Дипептидный предшественник чесночного запаха у видов Marasmius .

Фитохимия

15

, ​​

1717

–1721.

Гранрот Б.

1970

. Биосинтез и разложение производных цистеина в луке и других видах Allium .

Annales Academiae Scientiarum Fennicae

A

154

, ​​

1

–71.

Gutierrez-Alcala G, Gotor C, Meyer AJ, Fricker M, Vega JM, Romero LC.

2000

. Биосинтез глутатиона в трихомных клетках Arabidopsis .

Proceedings of the National Academy of Sciences, USA

97

, ​​

11108

–11113.

Hanum T, Sinha NK, Cash JN.

1995

. Характеристики γ-глутамилтранспептидазы и аллииназы лука и их влияние на усиление образования пирувата в мацератах лука.

Журнал пищевой биохимии

19

, ​​

51

–65.

Икегами Ф, Итагаки С., Муракоши И.

1993

. Очистка и характеристика двух форм цистеинсинтазы из Allium tuberosum .

Фитохимия

32

, ​​

31

–34.

Икегами Ф, Муракоши И.

1994

. Ферментативный синтез небелковых β-замещенных аланинов и некоторых высших гомологов в растениях.

Фитохимия

35

, ​​

1089

–1104.

Имаи С., Цуге Н., Томотаке М., Нагатом Й., Савада Х., Нагата Т., Кумагаи Х.

2002

. Луковый фермент, от которого слезятся глаза.

Природа

419

, ​​

685

.

Иноуэ К., Нодзи М., Сайто К.

1999

. Определение сайтов, необходимых для аллостерического ингибирования серинацетилтрансферазы L-цистеином в растениях.

Европейский журнал биохимии

266

, ​​

220

–227.

Киддл Джорджия, Беннетт Р.Н., Хик А.Дж., Уоллсгроув, РМ.

1999

. Активность C-S-лиазы в листьях крестоцветных и не крестоцветных, а также характеристика трех классов активности C-S-лиазы масличного рапса ( Brassica napus L.).

Завод, клетки и окружающая среда

22

, ​​

433

–445.

Кинг Дж. Дж., Брейдин Дж. М., Барк О., Маккаллум Дж. А., Хавей М. Дж..

1998

. Генетическая карта лука с низкой плотностью показывает роль тандемной дупликации в эволюции чрезвычайно большого диплоидного генома.

Теоретическая и прикладная генетика

96

, ​​

52

–62.

Kopsell DE, Randle WM, Eiteman MA.

1999

.Изменения сульфоксидов S -алк (en) илцистеина и их биосинтетических промежуточных продуктов при хранении лука.

Журнал Американского общества садоводческих наук

124

, ​​

1777

–1783.

Кубек Р., Ким С., МакКеон Д.М., Муса Р.А.

2002

б . Выделение S - n -бутилсульфоксида цистеина и шести n -бутилсодержащих тиосульфинатов из Allium siculum .

Journal of Natural Products

65

, ​​

960

–964.

Кубец Р., Ким С., Велишек Дж., Муса Р.А.

2002

а . Предшественники аминокислот и образование запаха в чесноке общества ( Tulbaghia violacea Harv.).

Фитохимия

60

, ​​

21

–25.

Кубец Р., Муса РА.

2001

. Производные сульфоксида цистеина в Petiveria alliacea .

Фитохимия

58

, ​​

981

–985.

Кубец Р., Свободова М., Велишек Ю.

2000

. Распределение сульфоксидов S -алк (en) илцистеина у некоторых видов Allium . Идентификация нового предшественника ароматизатора: S -этилцистеинсульфоксид (этиин).

Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии

48

, ​​

428

–433.

Кубец Р., Свободова М., Велишек Ю.

2001

. Газохроматографическое определение сульфоксида S -метилцистеина в овощах семейства крестоцветных.

European Food Research and Technology

213

, ​​

386

–388.

Кубота К., Хираяма Х., Сато Й., Кобаяси А., Сугавара Ф.

1998

. Аминокислотные предшественники чесночного запаха в Scorodocarpus borneensis .

Фитохимия

49

, ​​

99

–102.

Kuettner EB, Hilgenfled R, Weiss MS.

2002

. Активный принцип чеснока с атомным разрешением.

Журнал биологической химии

277

, ​​

46402

–46407.

Kuhl JC, Cheung F, Yuan Q, et al.

2004

. Уникальный набор из 11 008 тегов экспрессируемой последовательности лука показывает выраженные последовательности и геномные различия между отрядами однодольных Asparagales и Poales.

Заводская ячейка

16

, ​​

114

–125.

Ланкастер Дж. Э., Боланд М. Дж.

1990

. Биохимия вкуса. В: Rabinowitch H, Brewster J, eds. Лук s и родственные ему культуры , Vol. III. Бока-Ратон, Флорида: CRC Press, 33–72.

Lancaster JE, Collin HA.

1981

. Наличие аллииназы в изолированных вакуолях и сульфоксидов алкилцистеина в цитоплазме луковиц лука ( Allium cepa ).

Письма о растениеводстве

22

, ​​

169

–176.

Ланкастер Дж. Э., Доммисс Е. М., Шоу М. Л..

1988

. Производство предшественников ароматизаторов [ S -алк (en) ил-L-цистеин сульфоксиды] в фотомиксотрофной каллусе чеснока.

Фитохимия

27

, ​​

2123

–2124.

Ланкастер Дж. Э., Келли К. Э.

1983

. Количественный анализ сульфоксидов S -алк (ен) ил-L-цистеина в луке ( Allium cepa L.).

Журнал продовольственной науки и сельского хозяйства

34

, ​​

1229

–1235.

Ланкастер Дж. Э., МакКаллион Б. Дж., Шоу М. Л..

1986

. Динамика предшественников аромата, сульфоксидов S -alk (en) ил-L-цистеина, во время развития листовой пластинки и чешуек лука ( Allium cepa ).

Physiologia Plantarum

66

, ​​

293

–297.

Lancaster JE, Reynolds PHS, Shaw ML, Dommisse EM, Munro J.

1989

. Внутриклеточная локализация пути биосинтеза предшественников аромата в луке.

Фитохимия

28

, ​​

461

–464.

Ланкастер Дж. Э., Шоу МЛ.

1989

. γ-глутамилпептиды в биосинтезе сульфоксидов S -алк (ен) ил-L-цистеина (предшественники ароматизаторов) в Allium .

Фитохимия

28

, ​​

455

–460.

Ланкастер Дж. Э., Шоу МЛ.

1991

. Метаболизм γ-глутамилпептидов во время развития, хранения и прорастания в луковицах лука.

Фитохимия

30

, ​​

2857

–2859.

Ланкастер Дж. Э., Шоу МЛ.

1994

. Характеристика очищенной γ-глутамилтранспептидазы в луке: доказательства роли in vivo как пептидазы.

Фитохимия

36

, ​​

1351

–1358.

Леустек Т., Мартин М.Н., Бик Дж. А., Дэвис Дж. П.

2000

. Пути и регуляция метаболизма серы выявлены в результате молекулярно-генетических исследований.

Ежегодный обзор физиологии растений и молекулярной биологии растений

51

, ​​

141

–165.

Мадхави Д.Л., Прабха Т.Н., Сингх Н.С., Патвардхан.

1991

. Биохимические исследования с культурами клеток чеснока ( Allium sativum ) показали разные уровни вкуса.

Биохимический журнал продовольственных и сельскохозяйственных наук

56

, ​​

15

–24.

Маррс К.А.

1996

.Функции и регуляция глутатион- S -трансфераз в растениях.

Ежегодный обзор физиологии растений и молекулярной биологии растений

47

, ​​

127

–158.

МакКаллум Дж. А., Питер-Джойс М., Шоу М.

2002

. Депривация серы и генотип влияют на экспрессию генов и метаболизм луковых корней.

Журнал Американского общества садоводческих наук

127

, ​​

583

–589.

Mellouki F, Vannereau A, Cosson L.

1996

. Les précurseurs d'arôme dans des culture cellulaires d ' Allium .

Acta Botanica Gallica

143

, ​​

131

–136.

Маскер Д., Коллин Х.А., Бриттон Дж., Оллерхед Г.

1988

. Биосинтез пропенилцистеинсульфоксида в каллусных культурах Allium cepa (L.). В: Робинс Р.Дж., Родс MJC, ред. Управление вторичным метаболизмом в культуре .Издательство Кембриджского университета, 177–186.

Neuhierl B, Thanbichler M, Lottspeich F, Böck A.

1999

. Семейство S -метилметионин-зависимых тиол / селенолметилтрансфераз.

Журнал биологической химии

274

, ​​

5407

–5414.

Нок LP, Мазелис М.

1987

. C-S-лиазы высших растений; прямое сравнение физических свойств гомогенной аллиинлиазы чеснока ( Allium sativum ) и лука ( Allium cepa ).

Физиология растений

85

, ​​

1079

–1083.

Noctor G, Arisi A-CM, Jouanin L, Kuenert KJ, Rennenberg H, Foyer CH.

1998

. Глутатион: биосинтез, метаболизм и связь со стрессоустойчивостью, изученные на трансформированных растениях.

Журнал экспериментальной ботаники

49

, ​​

623

–647.

Noctor G, Gomez L, Vanacker H, Foyer CH.

2002

. Взаимодействие между биосинтезом, компартментацией и транспортом в контроле гомеостаза глутатиона и передачи сигналов.

Журнал экспериментальной ботаники

53

, ​​

1283

–1304.

Охри Д., Пистрик К.

2001

. Фенология и изменчивость размера генома у Allium L. - тесная корреляция?

Биология растений

3

, ​​

654

–660.

Осуми К., Хаяси Т., Сано К.

1993

. Образование аллиина в тканях культуры Allium sativum . Окисление S -аллил-L-цистеина.

Фитохимия

33

, ​​

107

–111.

Паркин К.Л., Томас DJ.

1996

. Влияние элиситоров на сульфоксиды алк (ен) ил-L-цистеина и родственные аминокислоты в культурах тканей лука ( Allium cepa ).

Пищевая биотехнология

10

, ​​

177

–190.

Парри Р.Дж., Лии Ф.-Л.

1991

. Исследования биосинтеза транс - (+) - S -1-пропенил-L-цистеин сульфоксид.Выяснение стереохимии процесса окислительного декарбоксилирования.

Журнал Американского химического общества

113

, ​​

4704

–4706.

Parry RJ, Sood GR.

1989

. Исследования биосинтеза транс - (+) - S -1-пропенил-L-цистеина сульфоксида в луке ( Allium cepa ).

Журнал Американского химического общества

111

, ​​

4514

–4515.

Пичерский Э, Банда ДР.

2000

. Генетика и биохимия вторичных метаболитов растений: эволюционная перспектива.

Тенденции в растениеводстве

5

, ​​

439

–445.

Prince CL, Shuler ML, Yamada Y.

1997

. Изменение вкусовых характеристик в корневых культурах лука ( Allium cepa L.) посредством направленного биосинтеза.

Прогресс биотехнологии

13

, ​​

506

–510.

Рабинков А, Вильчек М., Мирельман Д.

1995

. Аллииназа (аллиинлиаза) из чеснока ( Allium sativum ) гликозилируется по asn (164) и образует комплекс с лектином, специфичным для маннозы чеснока.

Glycoconjugate Journal

12

, ​​

690

–698.

Рэндл WM, Bussard ML.

1993

. Острота и сахар лука короткого дня под влиянием серной пищи.

Журнал Американского общества садоводческих наук

118

, ​​

770

–776.

Randle WM, Lancaster JE, Shaw ML, Sutton KH, Hay RL, Bussard ML.

1995

. Количественное определение ароматических соединений лука, отвечающих на фертильность серы - сера увеличивает уровни сульфоксидов алк (ен) илцистеина и промежуточных продуктов биосинтеза.

Журнал Американского общества садоводческих наук

120

, ​​

1075

–1081.

Randle WM, Kopsell DE, Kopsell DA.

2002

. Последовательное снижение фертильности сульфатов во время роста и развития лука влияет на вкус луковиц при сборе урожая.

HortScience

37

, ​​

118

–121.

Randle WM, Kopsell DE, Kopsell DA, Snyder RL.

1999

. Общее накопление серы и сульфатов в луке зависит от плодородия серы.

Журнал питания растений

22

, ​​

45

–51.

Ромейс Дж., Эббингаус Д., Шеркенбек Дж.

2003

. Факторы, определяющие вариабельность поведенческой реакции луковой мухи ( Delia antik ) на n -дипропилдисульфид.

Журнал химической экологии

29

, ​​

2131

–2142.

Сайто К., Йокояма Х, Нодзи М., Муракоши И.

1995

. Молекулярное клонирование и характеристика серинацетилтрансферазы растений, играющей регулирующую роль в биосинтезе цистеина в арбузе.

Журнал биологической химии

270

, ​​

16321

–16326.

Шредер П., Штампфл А.

1999

. Визуализация конъюгации глутатиона и индуцибельности глюатион- S -трансфераз в луке ( Allium cepa L.) эпидермальная ткань.

Zeitschrift für Naturforschung

54c

, ​​

1033

–1041.

Селби С., Галпин И.Дж., Коллин Х.А.

1979

. Сравнение лукового растения ( Allium cepa ) и культуры ткани лука. I. Аллииназная активность и соединения-предшественники вкуса.

Новый фитолог

83

, ​​

351

–359.

Селби С., Тернбулл А, Коллин Х.А.

1980

. Сравнение лука ( Allium cepa ) и культуры ткани лука.II. Стимуляция синтеза предшественников вкуса в культурах тканей лука.

Новый фитолог

84

, ​​

307

–312.

Shockey JM, Fulda MS, Browse J.

2003

. Arabidopsis содержит большое суперсемейство ацил-активирующих ферментов. Филогенетический и биохимический анализ позволяет выявить новый класс ацил-коферментных синтетаз.

Физиология растений

132

, ​​

1065

–1076.

Смитс К., Ван Дамм Э. Дж. М., Ван Левен Ф., Пуманс В. Дж.

1997

. Выделение и характеристика лектинов и лектин-аллииназных комплексов из луковиц чеснока ( Allium sativum ) и черемши ( Allium ursinum ).

Glycoconjugate Journal

14

, ​​

331

–343.

Stoewsand GS.

1995

. Биоактивные сероорганические фитохимические вещества в овощах Brassica oleracea - обзор.

Пищевая и химическая токсикология

33

, ​​

537

–543.

Столл А, Зеебек Э.

1947

. Аллиин, чистое материнское вещество чесночного масла.

Experentia

3

, ​​

114

–115.

Suzuki T, Sugii M, Kakimoto T.

1962

. Метаболическое включение L-валина-C 14 в S - (2-карбоксипропил) глутатион и S - (2-карбоксипропил) цистеин в чесноке.

Химический и фармацевтический бюллетень (Токио)

10

, ​​

328

–331.

Тернбулл А., Галпин И.Дж., Смит Д.Л., Коллин А.А.

1981

. Сравнение лука ( Allium cepa ) и культуры ткани лука. IV. Влияние морфогенеза побегов и корней на синтез предшественников аромата в культуре ткани лука.

Новый фитолог

87

, ​​

257

–268.

Урано Ю., Манабе Т., Нодзи М., Сайто К.

2000

. Молекулярное клонирование и функциональная характеристика кДНК, кодирующих цистеинсинтазу и серинацетилтрансферазу, которые могут быть ответственны за высокое клеточное содержание цистеина в Allium tuberosum .

Gene

257

, ​​

269

–277.

Виртанен А.И., Матиккала Э.Дж.

1959

. Выделение сульфоксида S -метилцистеина и сульфоксида S - n -пропилцистеина из лука ( Allium cepa ) и антибиотическая активность измельченного лука.

Acta Chemica Scandinavica

13

, ​​

1898

–1900.

Virtanen AI, Spåre C-G.

1961

.Выделение предшественника слезоточивого фактора из лука ( Allium cepa ).

Suomen Kemistilehti

B

34

, ​​

72

.

Warrilow AGS, Хоксфорд MJ.

2002

. Модуляция активности цианоаланинсинтазы и O -ацетилсерин (тиол) лиаз A и B β-замещенными ингибиторами аланила и анионов.

Журнал экспериментальной ботаники

53

, ​​

439

–445.

Whitaker JR.

1976

. Развитие вкуса, запаха и остроты лука и чеснока.

Достижения в исследованиях пищевых продуктов

22

, ​​

73

–133.

Wittstock U, Halkier BA.

2002

. Исследование глюкозинолатов в эпоху Arabidopsis .

Тенденции в растениеводстве

7

, ​​

263

–270.

Золман Б.К., Монро-Огастес М., Томпсон Б., Хоуз Дж. В., Крукенберг К.А., Мацуда СПТ, Бартель Б.

2001

. chy1 , мутант Arabidopsis с нарушенным β-окислением, дефектен пероксисомальной β-гидроксиизобутирил-КоА гидролазой.

Журнал биологической химии

276

, ​​

31037

–31046.

Журнал экспериментальной ботаники , Vol. 55, № 404, © Общество экспериментальной биологии, 2004; все права защищены

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Биосинтез предшественников ароматизаторов лука и чеснока

Резюме: В развивающихся странах ароматические и лекарственные растения все еще используются в традиционной и альтернативной медицине.В Индии лекарственные растения используются в традиционной медицине для лечения различных заболеваний. В последние десятилетия в нескольких исследованиях были выявлены терапевтические свойства и биологическая активность лекарственных и ароматических растений (MAP). Эти КАРТ включают Andrographis paniculata, Artemisia annua, Allium cepa, Allium sativum, Cymbopogon flexuosus, Ferula asafoetida, Foeniculum vulgare, Mentha piperita, Ocimum sanctum, Piper nigrum, Solanum nigrum, Tagetes grave minuta и Tagetes grave minuta. MAP содержат вторичные биологически активные метаболиты, такие как алкалоиды, флавоноиды, стероиды, терпены, сесквитерпены, дитерпены, фенольные соединения и сапонины.Эти вторичные метаболиты обладают антималярийным, антигельментативным, противовоспалительным, обезболивающим, противомикробным, антиартериальным, антиоксидантным, противодиабетическим, гипотензивным, противоопухолевым, противогрибковым, спазмолитическим, кардиозащитным, антитироидным и антигистаминным свойствами. Эти MAP также используются в индийской традиционной медицине для лечения ряда заболеваний, таких как диарея, несварение желудка, боли, заложенность, кашель, синусит, лихорадка, грипп, боли в горле, озноб, болезни, ревматизм, растяжения связок и мышечные боли.Помимо фармацевтической промышленности, MAP также имеют значение в отраслях, связанных с парфюмерией, косметикой, спиртными напитками и питанием. Вторичные метаболиты играют важную роль в адаптации растений к изменяющейся среде и стрессовым условиям. На вторичные метаболиты растений влияют как биотический, так и абиотический стресс. Высокий уровень стресса у лекарственных и ароматических растений может повлиять на выработку вторичных метаболитов. Абиотический (холод, жара, засуха, засоление) стресс приводит к производству активных форм кислорода (АФК) в клеточных компартментах растительной клетки.Здесь мы представляем обзор влияния абиотического стресса на вторичные метаболиты различных лекарственных и ароматических растений. Ключевые слова: лекарственные и ароматические растения (MAP), абиотический стресс, вторичные метаболиты, активные формы кислорода (ROS).

Ученые проследили ключевой фактор от крошечного луковичного BN до сверхтвердого nt-cBN

ИЗОБРАЖЕНИЕ: Прекурсор oBN с уменьшенными размерами приводит к получению сверхтонкого двойникового cBN с высокой плотностью. посмотреть еще

Источник: © Science China Press

Благодаря уникальному луковицеобразному предшественнику нитрида бора (oBN), кубический нитрид бора с нанодвойниками (nt-cBN) был успешно синтезирован при высокой температуре и высоком давлении и демонстрирует замечательную твердость по Виккерсу до 108 ГПа (такая же твердость, как и природная. кристалл алмаза), вязкость разрушения до 12.7 МПа · м1 / 2 (в 3-4 раза больше, чем у коммерческого монокристаллического cBN), и температура окисления до ~ 1294 ° C (~ 200 ° C выше, чем у монокристаллического cBN). С помощью той же процедуры путем сжатия лукового углерода был синтезирован нанодвойниковый алмаз (nt-алмаз) с беспрецедентной твердостью - в два раза выше, чем у монокристаллического алмаза. Ключ к синтезу nt-cBN и nt-алмаза заключается в уникальной наноструктуре луковичного предшественника. Однако отсутствует глубокое понимание влияния размера и микроструктуры луковичных прекурсоров на синтез и свойства возникающих технологически важных материалов nt-cBN / nt-алмаза.

Недавно исследовательская группа профессора Чжишэн Чжао из Университета Яншань, Китай проследила влияние размера и микроструктуры луковичных прекурсоров на синтез и свойства возникающих технологически важных материалов nt-cBN / nt-алмаза и обнаружила, что размер изменение луковичного предшественника приводит к появлению отчетливой микроструктуры, что приводит к значительному изменению микроструктуры и характеристик получаемых нанополикристаллических блоков cBN. Исследование было рассмотрено в SCIENCE CHINA Materials (DOI: 10.1007 / s40843-019-9409-1).

Проф. Чжишэн Чжао заявил: «Микроструктуры закаленных под высоким давлением материалов сильно зависят от исходных предшественников, давления и температурных условий, а также от истории сжатия, которые определяются как кинетическими, так и термодинамическими факторами. Итак, размер влияние прекурсора важно, например, нанокристаллы анатаза TiO2 будут демонстрировать сильную фазовую селективность в зависимости от размера при высоком давлении. Этот эффект кажется очевидным, но внутренние механизмы различны для различных систем материалов.«

Они систематически изучали влияние размера наночастиц прекурсора на механические свойства конечных продуктов. Луковичные предшественники BN (oBN) с различными размерами наночастиц получали путем центробежного просеивания, а затем подвергали воздействию давления в соответствующих условиях синтеза для получения нанополикристаллического cBN. При уменьшении размеров прекурсора с ~ 320 до 90 нм твердость наноструктурированных продуктов по Виккерсу улучшилась с 61 до 108 ГПа. Экспериментальные данные показали, что крупные наночастицы oBN обладают более уплощенными, упорядоченными и графитоподобными слоями оболочки, что резко контрастирует с сильно морщинистыми и несовершенными слоями в наночастицах малого диаметра, что приводит к очевидному уменьшению субструктуры ультратонких двойников в синтетических продуктах. .Только небольшие предшественники oBN с сильно дефектными и изогнутыми слоями могут производить более полный nt-cBN с повсеместными ультратонкими субдвойниками в нанозернах. Текущее исследование показывает, что изменение размера прекурсоров oBN приводит к различию микроструктуры прекурсоров, что необычно для наноматериалов. Затем использование таких различных прекурсоров приводит к значительному изменению микроструктуры и характеристик получаемых нанополикристаллических объемных материалов cBN. Ожидается, что механические свойства nt-cBN будут дополнительно улучшены за счет использования более мелких прекурсоров oBN за счет разработки соответствующих технологий разделения и скрининга.

«Теоретически твердость nt-cBN со всей ультратонкой микроструктурой двойников может достигать 200 ГПа, то есть вдвое выше твердости природного кристалла алмаза, если толщина двойников уменьшается до 2 нм». - говорит профессор Чжишэн Чжао. «Наши результаты продемонстрировали фундаментальное состояние прекурсора для синтеза высокоэффективных материалов nt-cBN / nt-алмаза и представили возможный путь для получения лучшего nt-cBN / nt-алмаза за счет дальнейшего уменьшения размера луковичных прекурсоров.«

###

Это исследование финансировалось Национальным фондом естественных наук Китая (гранты № 51472213, 51332005, 51572235, 51722209 и 51525205), Национальной ключевой программой НИОКР Китая, Планом 100 талантов провинции Хэбэй (грант № E2016100013), Фонд естественных наук для выдающихся молодых ученых провинции Хэбэй Китая (грант № E2018203349), Программа ключевых исследований и разработок провинции Хэбэй Китая (грант № 17211110D) и Китайский фонд постдокторантуры (грант №2017М620097).

См. Статью: Кун Ло, Ян Чжан, Дунли Ю, Баочжун Ли, Вентао Ху, Юн Лю, Юфэй Гао, Бин Вэнь, Аньминь Не, Чжишэн Чжао, Бо Сю, Сян-Фэн Чжоу, Юнцзюнь Тянь и Цзюлун Хэ, " Маленький луковичный BN приводит к сверхмелкодвойниковому кубическому BN », Science China Materials. DOI: 10.1007 / s40843-019-9409-1

Заявление об ограничении ответственности: AAAS и EurekAlert! не несут ответственности за точность выпусков новостей, размещенных на EurekAlert! участвующими учреждениями или для использования любой информации через систему EurekAlert.

ПРАЙМ PubMed | Модельные исследования системы предшественников, генерирующих синий пигмент в луке и чесноке

Citation

Imai, Shinsuke, et al. «Модельные исследования системы прекурсоров, генерирующих синий пигмент в луке и чесноке». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии, т. 54, нет. 3, 2006, стр. 848-52.

Имаи С., Акита К., Томотаке М. и др. Модельные исследования системы предшественников, генерирующих синий пигмент в луке и чесноке. Дж. Сельскохозяйственная продовольственная химия .2006; 54 (3): 848-52.

Имаи, С., Акита, К., Томотаке, М., и Савада, Х. (2006). Модельные исследования системы предшественников, генерирующих синий пигмент в луке и чесноке. Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии , 54 (3), 848-52.

Imai S, et al. Модельные исследования системы прекурсоров, генерирующих синий пигмент в луке и чесноке. J Agric Food Chem. , 8 февраля 2006 г .; 54 (3): 848-52. PubMed PMID: 16448193.

TY - JOUR T1 - Модельные исследования системы предшественников, генерирующих синий пигмент в луке и чесноке.AU - Имаи, Синсукэ, AU - Акита, Каори, AU - Tomotake, Muneaki, AU - Савада, Хироши, PY - 2006/2/2 / pubmed PY - 2006/3/29 / medline PY - 2006/2/2 / entrez SP - 848 EP - 52 JF - Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии JO - J Agric Food Chem ВЛ - 54 ИС - 3 N2 - Были исследованы реакции, вызывающие сине-зеленое обесцвечивание смеси лука (Allium cepa L.) и чеснока (Allium sativum L.). Ярко-синий цвет был успешно воспроизведен с использованием определенной модельной реакционной системы, содержащей только транс - (+) - S- (1-пропенил) -L-цистеинсульфоксид (1-PeCSO) из лука, S-аллил-L-цистеинсульфоксид. (2-PeCSO) из чеснока, очищенная аллииназа (EC 4.4.1.4) и глицин (или некоторые другие аминокислоты). Выявленные четыре стадии реакции и факторы, влияющие на формирование синего цвета, хорошо согласуются с теми, которые были предложены более ранними исследователями. Когда вместо чесночной аллииназы использовали неочищенную луковую аллииназу, образовывалось меньше пигмента. Этот результат был объяснен разницей в количестве тиосульфинатов, бесцветных промежуточных продуктов, называемых проявителями окраски, полученных из 1-PeCSO этими ферментами. СН - 0021-8561 UR - https: //www.unboundmedicine.ru / medline / citation / 16448193 / model_studies_on_precursor_system_generating_blue_pigment_in_onion_and_garlic_ БД - ПРЕМЬЕР DP - Unbound Medicine ER -

.