Il colore rosso è spruzzato sui giardini, foreste e fattorie, attrarre impollinatori con tinte accese, segnalando frutti maturi e deliziando sia i giardinieri che i fiori.

Ma se metti un lampone color rubino contro una barbabietola cremisi e guardi da vicino, potresti semplicemente notare:sono rossi diversi.

Milioni di anni fa, una famiglia di piante, le barbabietole e le loro cugine vicine e lontane, si imbatté in un nuovissimo pigmento rosso e scartò il rosso usato dal resto del mondo vegetale. Come si è evoluto questo nuovo rosso, e perché non è mai stata trovata una pianta che produce entrambi i tipi di pigmento rosso, sono domande che hanno attratto a lungo i ricercatori sconcertanti sull'evoluzione delle piante.

Scrivendo questa settimana (9 ottobre, 2017) sulla rivista Nuovo Fitologo , Il professore di botanica dell'Università del Wisconsin-Madison Hiroshi Maeda e i suoi colleghi descrivono un antico allentamento di un percorso biochimico chiave che ha posto le basi per gli antenati delle barbabietole per sviluppare il loro caratteristico pigmento rosso. Sviluppando un modo efficiente per produrre l'aminoacido tirosina, la materia prima per il nuovo rosso, questa famiglia di piante ha liberato tirosina extra per più usi. Innovazioni successive trasformarono la nuova abbondante tirosina scarlatta.

Le nuove scoperte possono aiutare i programmi di allevamento delle barbabietole e fornire strumenti e informazioni agli scienziati che studiano come trasformare la tirosina nei suoi numerosi derivati ​​utili, che includono morfina e vitamina E.

"La domanda centrale che ci interessa è come si sono evolute le vie metaboliche in diverse piante, e perché le piante possono produrre così tanti composti diversi, " dice Maeda. "Le barbabietole erano l'inizio perfetto per affrontare la questione."

La stragrande maggioranza delle piante si affida a una classe di pigmenti chiamati antociani per trasformare le foglie e i frutti in viola e rosso. Ma gli antenati delle barbabietole svilupparono le betalaine rosse e gialle, e poi ha spento gli antociani ridondanti. Oltre alle barbabietole, il colore si trova nelle bietole, rabarbaro, quinoa e cactus, tra migliaia di specie. Le betalaine sono coloranti alimentari comuni e vengono allevate dagli allevatori di barbabietole.

Quando il dottorando del laboratorio Maeda e autore principale del nuovo articolo Samuel Lopez-Nieves ha isolato gli enzimi nelle barbabietole che producono la tirosina, ha trovato due versioni. Uno era inibito dalla tirosina, un modo naturale per regolare la quantità dell'aminoacido, interrompendo la produzione quando ce n'è molta. Ma il secondo enzima era molto meno sensibile alla regolazione da parte della tirosina, il che significa che potrebbe continuare a produrre l'amminoacido senza essere rallentato. Il risultato fu che le barbabietole producevano molta più tirosina rispetto ad altre piante, abbastanza per giocare e trasformarsi in betalaine.

Immaginando che gli umani avessero allevato questo percorso altamente attivo della tirosina mentre selezionavano barbabietole rosso vivo, Lopez-Nieves ha isolato gli enzimi dalle barbabietole selvatiche.

"Anche l'antenato selvatico delle barbabietole, barbabietola di mare, aveva già questo enzima deregolato. Era inaspettato. Così, la nostra ipotesi iniziale era sbagliata, " dice Lopez-Nieves.

Così si rivolse agli spinaci, un cugino più lontano che si è discostato dalle barbabietole molto tempo fa. Anche gli spinaci ne avevano due copie, uno che non è stato inibito dalla tirosina, il che significa che la nuova via della tirosina deve essere più antica dell'antenato di spinaci e barbabietole. I ricercatori hanno dovuto andare molto più indietro nel tempo evolutivo per scoprire quando l'antenato delle barbabietole si è evoluto un secondo, enzima meno inibito.

Lavorando con i collaboratori dell'Università del Michigan e dell'Università di Cambridge, Il team di Maeda ha analizzato i genomi di dozzine di famiglie di piante, alcuni che producevano betalaine e altri che divergevano prima che i nuovi pigmenti si fossero evoluti. Hanno scoperto che l'innovazione del percorso della tirosina, con un enzima libero per produrre più aminoacidi, si è evoluta molto prima delle betalaine. Solo in seguito si sono evoluti altri enzimi in grado di trasformare l'abbondante tirosina in betalaine rosse.

"La nostra ipotesi iniziale era che il percorso del pigmento della betalaina si fosse evoluto e poi, durante il processo di allevamento, le persone hanno modificato il percorso della tirosina per aumentare ulteriormente il pigmento. Ma non è questo il caso, " dice Maeda. "In realtà è successo molto tempo prima. E ha fornito un trampolino di lancio evolutivo verso l'evoluzione di questo nuovo percorso del pigmento".

La conclusione di questo studio, dice Maeda, è che l'alterazione della produzione di materie prime come la tirosina apre nuove strade per la produzione dei composti vari e utili che rendono le piante i migliori prodotti chimici della natura.

Per qualche sconosciuto antenato di barbabietole e cactus, questa flessibilità nelle materie prime gli ha permesso di scoprire un nuovo tipo di rosso che il mondo non aveva mai visto prima, uno che è ancora oggi diffuso nel mondo vegetale.