Door slechts 50 bittere amandelen te eten, kan genoeg waterstofcyanide vrijkomen om een volwassene in minder dan 3 minuten te doden. Gelukkig is de zoete variant die we uit bakken bij supermarkten scheppen veilig om te eten, dankzij een mutatie.

Hoewel de fout in het ene gen achter de smakelijkheid van amandel al een eeuw bekend is, was er genoomsequentie voor nodig. om de complexe beheersing van de eigenschap te onthullen. Raquel Sánchez-Pérez, biochemicus bij CEBAS-CSIC, een agrarisch onderzoekscentrum in Spanje, en collega’s aan de Universiteit van Kopenhagen en elders in Europa, publiceerden hun bevindingen in juni in Science.

A Beloved Nut Through Geschiedenis

Amandelen leiden pistachenoten, paranoten, walnoten, pecannoten, cashewnoten en pijnboompitten in populariteit van boomnoten, met pinda’s de meest populaire aardnoot.

In 2016 grapte Michelle Obama dat haar man precies consumeert Elke avond 7 amandelen. “Dat is het!” riep ze uit. Toen The New York Times de observatie serieus rapporteerde, werd het eten van 7 amandelen iets.

Krantenkoppen schreeuwen de attributen. “9 op bewijzen gebaseerde gezondheidsvoordelen van amandelen” somt vitamines, mineralen en anti- oxidanten, waardoor de noten de bloedsuikerspiegel, cholesterol en honger verlagen. In zoveel artikelen wordt gewezen op het vermogen van amandelen om lichaamsvet weg te smelten, dat het wel waar moet zijn.

Bewijs van amandelteelt dateert uit de Vruchtbare Halve Maan, die ongeveer 11.650 jaar geleden begon. Plinius de Oudere schreef in zijn encyclopedie Naturalis Historia in de eerste eeuw na Christus dat de Romeinen wisten hoe ze de bitterheid en het gif uit amandelen moesten verwijderen. De noten werden ontdekt in het graf van Toetanchamon uit 1324 voor Christus. En een christelijke tekst uit de vierde eeuw beschrijft het doorboren en inpluggen van een boomstam om ervoor te zorgen dat “de … bittere amandelen” “de zuurgraad van hun sap verliezen en heerlijke vruchten worden.”

Cyanide!

De harde kernen van de bittere noten van de amandelboom Prunus amygdalus delen met andere leden van de Rosaceae-familie het vermogen om waterstofcyanide af te geven, een gas dat bestaat uit een koolstof die door drie bindingen aan een stikstofatoom wordt vastgehouden. Zaden van appels, vlas en maniok (ook bekend als cassave), en de harde ingewanden van perziken, pruimen en abrikozen geven ook cyanide vrij.

Het gebruikte aroma van waterstofcyanidegas zoals een gif wordt beschreven als “bittere amandel” in detectiveromans, de meest bekende waarschijnlijk Agatha Christie’s Sparkling Cyanide, gepubliceerd als Remembered Death in 1945. Het maakte deel uit van Zyklon B, het belangrijkste onderdeel van wat de nazi’s de gaskamers instuurden. De cyanidepillen die spionnen gevangen namen, zijn naar verluidt zouten, kaliumcyanide of natriumcyanide. Ze doden in ongeveer 5 minuten.

Het cyanide in amandelen is afkomstig van de reactie van een biochemische stof genaamd amygdaline, die wordt gevormd uit een molecuul genaamd prunasin, dat wordt gevormd uit het aminozuur fenylalanine. Zoals bij elke biochemische route, katalyseert (versnelt) een enzym elke stap.

In een fenomeen dat lijkt op het in werking zetten van een gloeistift tijdens een Phish-concert, herbergt de plant de chemische voorlopers van cyanideproductie in verschillende delen die in contact komen wanneer een insect of andere herbivoor een noot knarst. In de “wildtype” (niet-mutante) planten met bittere noten, wordt prunasine dat zich onder de zaadhuid heeft opgehoopt naar de zich ontwikkelende blaadjes gedreven, waar enzymen het omzetten in amygdaline.

Pow!

Krakende kaken laten de cyanide en benzaldehyde vrij, de bron van de bittere smaak. Terwijl het dier snel bezwijkt, krijgt de boom een korte explosie van koolstof- en stikstofvoedingsstoffen.

Maar in gemuteerde amandelplanten wordt prunasine vernietigd voordat het de verdediging kan activeren, zoals Dr. Sánchez-Pérez in 2008 beschreef. Geen toxine, geen bitterheid en een zoete smaak. De mutatie waarvan we genieten, schaadt de boom door hem kwetsbaar te maken voor herbivoren.

Cyanide verstikt in wezen cellen, vervangt zuurstof in de mitochondriën en blokkeert de omzetting van de energie die in de bindingen van voedingsmoleculen wordt vastgehouden in ATP, de biologische energie valuta. Daarom komt het einde zo snel aan dieren die de pech hebben dat ze in een dodelijke noot bijten.

Amygdalin genoot in de jaren zeventig roem onder een andere naam: laetrile, het beweerde geneesmiddel tegen kanker – alles kwam uit abrikozenpitten en verdiende uiteindelijk de samengestelde de onderscheiding als een van de beste voorbeelden van medische kwakzalverij. Laetrile wordt ook gepromoot als ‘vitamine B17’, hoewel het geen vitamine is.

Interessanter was de rol van amygdaline in ‘perzikdood’, die in Egypte werd beoefend in het tweede millennium, toen de putten werden gebruikt om priesters te vergiftigen die tot verraders waren verklaard. Scheikundigen isoleerden de verbinding voor het eerst uit amandelen in het begin van de 19e eeuw. Het behoort tot een klasse van natuurlijke toxines die cyanogene glycosiden worden genoemd en die door meer dan 3.000 plantensoorten wordt geproduceerd.

Zoete noten vinden

Precies een eeuw geleden onthulden experimenten die aan Gregor Mendel zelf deden denken dat een enkel gen controleert de bitterheid of zoetheid van amandelen.

In een artikel in Genetics, “The Factor for Bitterness in the Sweet Almond”, beschreef Meyer J. Heppner experimenten die hij van 1916 tot 1919 deed op de University Farm in Davis , Californië. Hij probeerde de bloei een paar dagen uit te stellen om de bomen in staat te stellen late vorst te overleven.

De cijfers van de broedkruisen die Heppner had opgezet, flitsten me meteen terug naar de erwten van Mendel: 32 kruisen produceerden 602 bomen, waarvan 243 bloeiden tijdens de onderzoeksperiode, wat 208 opleverde met zoete amandelen en 59 met bittere amandelen.

Voor een geneticus is dat een klassieke 3: 1 Mendeliaanse verhouding, wat aangeeft dat één versie van de eigenschap dominant is, en een recessief. Het feit dat “bitter” recessief is, verklaart waarom het onverwacht verschijnt, net als Mendel’s gerimpelde groene erwten.

Heppner spelde het uit: “Er is bijna een perfecte 3: 1-verhouding, 3.028: 0.972. Deze benadering van de theoretische Mendeliaanse monohybride verhouding geeft aan dat alle amandelvariëteiten die in de bovenstaande kruisingen worden weergegeven, heterozygoot zijn voor de zoetheid van de pit. Ze moeten de genetische constitutie Bb hebben, waarbij b de factor voor bitterheid vertegenwoordigt als het recessieve karakter en B de factor voor zoetheid, als het dominante karakter … het is mogelijk dat er een mutatie is opgetreden in de bittere amandelboom met de zoete amandel als resultaat . ”

Dus Heppner probeerde te selecteren voor latere bloeiers en vond in plaats daarvan zoetere noten. Onderzoekers zouden uiteindelijk op een slimme manier het gen noemen dat zoetheid verleent wanneer het gemuteerd ‘zoete pit’ is. Bitterheid kan schijnbaar opnieuw ontstaan wanneer bijen “b” -dragend stuifmeel naar “b” -dragend stuifmeel in bloemen dragen.

Het was de terugkeer van recessieve eigenschappen die Mendel’s werk inspireerde. Maar het theoretische is ook praktisch. Elk seizoen moeten nieuwe bomen worden getest (geproefd) en bomen met bittere amandelen worden weggegooid. Het was verspilling. Houd die gedachte vast.

De genomische benadering

Het vinden van de bron van de zoetheid was een een beetje omslachtig. Toen de onderzoekers ontdekten dat de twee genen waarvan de eiwitproducten nodig zijn om amygdaline te synthetiseren niet verschilden in bittere versus zoete bomen, keken ze naar genen die de expressie van die genen regelen. Het lijkt een beetje op twee mensen die hetzelfde dragen. kledingstuk, zoals een sjaal, op geheel andere manieren.

Eiwitten die transcriptiefactoren worden genoemd, bepalen of andere genen worden in- of uitgeschakeld. Zou het samenstellen van de genoomsequentie van de amandelboom transcriptiefactorgenen onthullen die verantwoordelijk zouden kunnen zijn voor voor het onderscheid tussen bittere en zoete noten?

Inderdaad, binnen het amandelgenoom clusteren vijf transcriptiefactorgenen zich op één chromosoom. Ze worden bHLH genoemd, wat staat voor “basic helix-loop-helix”, voor de driedimensionale vorm waarmee deze eiwitten aan en uit specifieke sets genen kunnen pingen, waardoor hun activiteiten worden gecontroleerd.

Of de vijf bHLH-genen, slechts één, bHLH2, wordt anders in- of uitgeschakeld in bomen die zoete of bittere amandelen opleveren. Het is dus het lang gezochte “zoete kernel” -gen.

Een klein genetisch probleem, verandering van een cytosine (C) in een thymine (T), verandert één aminozuur in de transcriptiefactor op een manier die het verhindert de normale vorm aan te nemen, gestapelde paren. Als gevolg hiervan worden de twee genen voor amygdaline niet geactiveerd, waardoor de biochemische weg naar bitterheid wordt verbroken. De amandelen zijn zoet.

Naast het oplossen van het mysterie van de oorsprong van smakelijke amandelen, identificeerde het nieuwe werk variaties in de DNA-sequenties rond het bHLH2-gen. Deze kunnen worden opgenomen in een diagnostische test om zaailingen te selecteren die planten met zoete noten opleveren, in plaats van drie tot vijf jaar bomen te moeten laten groeien om te zien of de noten giftig of zoet zijn. Op deze manier kunnen onderzoekers andere genen selecteren of wijzigen zonder zich zorgen te hoeven maken over het uiterlijk van de recessieve bitterheidseigenschap, waardoor zowel kosten als landgebruik worden bespaard.

Implicaties weerklinken buiten de populaire noten.De onderzoekers suggereren een genomische benadering om toxines vroeg in andere planten op te sporen, waaronder gossypol in katoen (een anticonceptiemiddel voor mannen), de anti-oxidant anthocyanen in aardbeien, linamarine en lotaustraline die cyanide in cassave produceren, en saponinen die quinoa bitter maken.

Mijn favoriete deel van het amandelverhaal? De demonstratie van het genie van wetenschappers zoals Gregor Mendel, wiens observaties en slimme experimenten, zonder hulp van technologie, niettemin de natuurwetten onthulden.