Att äta bara 50 bittra mandlar kan frigöra tillräckligt med vätecyanid för att döda en vuxen på under 3 minuter. Lyckligtvis är den söta sorten som vi hämtar från soptunnor i livsmedelsbutiker säker att äta, tack vare en mutation.

Även om en-gen-glitchen bakom mandelvälsmakande har erkänts i ett sekel tog det genomsekvensering för att avslöja den komplexa kontrollen av egenskapen. Raquel Sánchez-Pérez, biokemist vid CEBAS-CSIC, ett jordbruksforskningscenter i Spanien, och kollegor vid Köpenhamns universitet och på andra håll i Europa publicerade sina resultat i Science i juni.

En älskad nöt genom Historia

Mandlar leder pistaschmandlar, paranötter, valnötter, pekannötter, cashewnötter och pinjenötter i trädnötens popularitet, med jordnötter den mest populära jordnöten.

2016 skämtade Michelle Obama att hennes man konsumerar exakt 7 mandlar varje kväll. ”Det är allt!” utropade hon. När New York Times rapporterade observationen på allvar blev äta 7 mandlar en sak.

Rubriker ropar attributen. ”9 Bevisbaserade hälsofördelar med mandlar” listar vitaminer, mineraler och anti- oxidanter, vilket ger nötterna lägre blodsocker, kolesterol och hunger. Så många artiklar förklarar mandlarnas förmåga att ”smälta bort kroppsfett” att det, ja, det måste vara sant.

Bevis för mandelodling går till den fertila halvmånen, med början för 11 650 år sedan. Plinius den äldre skrev i sitt uppslagsverk Naturalis Historia under det första århundradet e.Kr. att romarna visste hur man tog bort bitterheten och giftet från mandlarna. Nötterna upptäcktes i King Tuts grav från 1324 f.Kr. Och en kristen text från fjärde århundradet beskriver genomträngning och trädstammen som orsakar ”de … bittra mandlarna” att ”förlora surheten i sin juice och bli utsökta frukter.”

Cyanid!

De hårda kärnorna i de bittra nötterna i mandelträdet Prunus amygdalus delar med andra medlemmar av Rosaceae-familjen möjligheten att släppa ut vätecyanid, som är en gas som består av ett kol som hålls av tre bindningar till ett kväve. Frön av äpplen, lin och maniok (aka kassava) och hårda inälvor av persikor, plommon och aprikoser släpper också cyanid.

Använd arom av vätecyanidgas som ett gift beskrivs som ”bitter mandel” i detektivromaner, den mest kända troligen Agatha Christies mousserande cyanid, publicerad som Remembered Death 1945. Det var en del av Zyklon B, nyckelkomponenten i vad nazisterna skickade in i gaskamrarna. Cyanidpiller som fångade spioner påstås vara salter, kaliumcyanid eller natriumcyanid. De dödar på cirka fem minuter.

Cyaniden i mandlar kommer från reaktion av en biokemikalie som kallas amygdalin, som bildas från en molekyl som kallas prunasin, som bildas från aminosyran fenylalanin. Som i alla biokemiska vägar katalyserar (hastigheter) ett enzym varje steg.

I ett fenomen som liknar att knäppa en glödstift till handling vid en Phish-konsert, har anläggningen de kemiska föregångarna till cyanidproduktion i olika delar. som kommer i kontakt när en insekt eller annan växtätare krossar en mutter. I ”vildtyp” (icke-mutanta) växter med bittra nötter drivs prunasin som har ackumulerats under fröskiktet mot utvecklingsbladet, där enzymer omvandlar det till amygdalin.

Pow!

Krossande käftar släpper ut cyaniden och bensaldehyden, källan till den bittra smaken. Medan djuret snabbt faller under får trädet en kort sprängning av kol- och kvävenäringsämnen.

Men i mutanta mandelväxter förstörs prunasin innan det kan aktivera försvaret, vilket Dr. Sánchez-Pérez beskrev 2008. Inget toxin, ingen bitterhet och en söt smak. Mutationen som vi njuter av skadar trädet genom att göra det sårbart för växtätare.

Cyanid kväver i huvudsak celler, ersätter syre i mitokondrier, blockerar omvandling av den energi som hålls i bindningarna av näringsmolekyler till ATP, det biologiska energivaluta. Därför kommer slutet så snabbt till djur som är olyckliga att bita i en dödsmutter.

Amygdalin njöt av berömmelse under ett annat namn på 1970-talet: laetrile, Den påstådda cancerhälsan kom allt från aprikosgropar och så småningom tjänade sammansättningen skillnaden mellan att vara ett av de bästa exemplen på medicinsk kvackeri. Laetrile har också marknadsförts som ”vitamin B17”, även om det inte är ett vitamin.

Mer intressant var amygdalins roll i ”persikodöd”, som praktiserades i Egypten under det andra årtusendet när groparna användes för att förgifta präster som förklarades förrädare. Kemister isolerade först föreningen från mandlar i början av 1800-talet Det tillhör en klass av naturliga toxiner som kallas cyanogena glykosider som mer än 3000 växtarter producerar.

Att hitta sötare nötter

För exakt hundra år sedan avslöjade experiment som påminner om Gregor Mendel själv att en enda gen kontrollerar mandlarnas bitterhet eller sötma.

I en uppsats i genetik, ”Faktorn för bitterhet i den söta mandeln”, beskrev Meyer J. Heppner experiment som han gjorde från 1916 till 1919 på University Farm i Davis , Kalifornien. Han försökte fördröja blomningen med några dagar för att göra det möjligt för träden att överleva sena frost.

Siffrorna från häckningskorsen som Heppner satte upp blinkade mig tillbaka till Mendels ärtor: 32 kors gav 602 träd, varav 243 blommade under studieperioden och gav 208 med söta mandlar och 59 med bittra mandlar.

För en genetiker är det ett klassiskt 3: 1-mandelförhållande, vilket indikerar att en version av egenskapen är dominerande, och en recessiv. Det faktum att ”bitter” är recessivt förklarar varför det dyker upp oväntat, precis som Mendels rynkade gröna ärtor.

Heppner stavade det: ”Det finns nästan ett perfekt 3: 1-förhållande, 3.028: 0.972. Denna nära tillnärmning till det teoretiska mendeliska monohybridförhållandet indikerar att alla mandelsorter representerade i ovanstående kors är heterozygota för sötma av kärnan. De måste ha den genetiska sammansättningen Bb, där b representerar faktorn för bitterhet som den recessiva karaktären och B faktorn för sötma, som den dominerande karaktären … det är möjligt att en mutation inträffade i det bittra mandelträdet med den söta mandeln som resultat . ”

Så Heppner försökte välja för senare blomare och hittade istället sötare nötter. Forskare skulle så småningom skickligt namnge genen som ger sötma när mutant ”söt kärna.” Bitterhet kan uppenbarligen uppstå på nytt när bin bär ”b” -bärande pollen till ”b” -bärande ägglossor i blommor.

Det var återkomsten av recessiva drag som inspirerade Mendels arbete. Men det teoretiska är också praktiskt. Varje säsong måste nya träd testas (smakas) och de med bittra mandlar kasseras. Det var slösaktigt. Håll den tanken. lite kretsande. När forskarna upptäckte att de två generna vars proteinprodukter är nödvändiga för att syntetisera amygdalin inte skilde sig åt i bittra kontra söta träd såg de till gener som kontrollerar uttrycket för dessa gener. Det är lite som två personer som bär samma klädesplagg, som en halsduk, på helt andra sätt.

Proteiner som kallas transkriptionsfaktorer styr om andra gener slås på eller av. Skulle montering av mandomträdets genomssekvens avslöja transkriptionsfaktorgener som kan redogöra för för skillnaden mellan bittra och söta nötter?

Inom mandelgenomet klumpar sig faktiskt fem transkriptionsfaktorgener på en kromosom. De kallas bHLH, som står för ”basic helix-loop-helix”, för den tredimensionella formen som gör det möjligt för dessa proteiner att pinga på och av specifika uppsättningar gener och kontrollera deras aktiviteter.

Av de fem bHLH-generna, bara en, bHLH2, slås på eller av på olika sätt i träd som ger söta kontra bittra mandlar. Så det är den eftertraktade ”sweet kernel” -genen. en cytosin (C) till en tymin (T), förändrar en aminosyra i transkriptionsfaktorn på ett sätt som hindrar den från att anta den normala formen, staplade par. Som ett resultat aktiveras inte de två generna för amygdalin, vilket bryter den biokemiska vägen till bitterhet. Mandlarna är söta.

Förutom att lösa mysteriet om välsmakande mandels ursprung, identifierade det nya arbetet variationer i DNA-sekvenserna som omger bHLH2-genen. Dessa kan införlivas i ett diagnostiskt test för att välja plantor som ger växter med söta nötter, snarare än att behöva odla träd tre till fem år för att se om nötterna är giftiga eller söta. På detta sätt kan forskare välja eller modifiera andra gener utan att oroa sig för utseendet på det recessiva bitterhetsegenskapet, vilket sparar både kostnader och markanvändning.

Implikationerna återklang än de populära nötterna.Forskarna föreslår ett genomiskt tillvägagångssätt för att upptäcka toxiner tidigt i andra växter, inklusive gossypol i bomull (ett manligt preventivmedel), antioxidanterna antocyaniner i jordgubbar, linamarin och lotaustralin som producerar cyanid i kassava och saponiner som gör quinoa bitter.

Min favoritdel av mandelberättelsen? Demonstrationen av genier av forskare som Gregor Mendel, vars observationer och smarta experiment, utan hjälp av teknik, avslöjade ändå naturens lagar.