Väitöstutkimus kartoitti tuhansien kasvilajien puolustusyhdisteitä – valaisee kasvien evoluutiota ja voi auttaa löytämään uusia lääkeaineita

Kasvit tuottavat lukuisia kemiallisia puolustusyhdisteitä esimerkiksi ultraviolettisäteilyä, kasvitauteja ja kasvinsyöjiä vastaan.

Fenoliset yhdisteet ovat yksi yleisimmistä kasveissa esiintyvistä yhdisteluokista, ja niiden monipuoliset rakenteet vaikuttavat eri yhdistetyyppien puolustuskapasiteettiin. Usein samat aktiiviset yhdisteet ovat kiinnostavia myös ihmisen kannalta niiden lääketieteellisen potentiaalin ja terveysvaikutusten vuoksi.

Fenolisia yhdisteitä tiedetään löytyvän lähes kaikista kasveista, mutta tähän asti ei ole ollut tarkkaa kuvaa siitä, mitkä kasviryhmät pystyvät tuottamaan erilaisia yhdistetyyppejä.

Väitöskirjatutkija Suvi Vanhakylä kartoitti väitöstutkimuksessaan lähes 4000 kasvilajin lehtinäytteistä niiden yleisimmät fenoliset ryhmät. Viideltä mantereelta kerätty kasviaineisto sisältää monipuolisesti lajeja erilaisista kasviryhmistä ja antaa siten laajan kuvan koko kasvikunnasta.

Lehtien fenolisten yhdisteiden evoluutiossa nähtiin merkkejä erilaisten kasvinsyöjien vaikutuksesta

Tutkimuksessa tunnistettiin kiinnostavia evolutiivisia kehitysvaiheita, kuten kasvien sopeutuminen korkeampaan ultraviolettisäteilyyn sekä uusien fenolisten ryhmien kehittyminen yhteydessä erilaisten kasvinsyöjien yleistymiseen.

Fenolisiin yhdisteisiin kuuluvat flavonoidit ovat alkujaan kehittyneet kasvien suojaksi ultraviolettisäteilyä vastaan, kun ensimmäiset kasvit ovat siirtyneet vedestä maaympäristöön. Havaittiin myös, että sellaisia flavonoidiyhdisteitä, joilla on vahvempi suojaava vaikutus, esiintyi huomattavasti enemmän valolle altistuvissa havupuissa verrattuna metsän pohjakerroksen varjossa kasvaviin saniaisiin. Näitä evoluution varhaisessa vaiheessa kehittyneitä yhdisteitä löytyy lähes kaikista kasvilajeista.

Toinen fenolisten yhdisteiden luokka, ellagitanniinit, olivat huomattavasti harvinaisempia ja näyttävät kehittyneen yhtäaikaisesti kasveja syövien perhosten ja kovakuoriaisten kanssa. Esimerkiksi tammi, horsmat, vadelma ja mansikka ja monet muut kasvit ovat alkaneet tuottaa ellagitanniineja torjuakseen niiden lehtiä syöviä tuholaisia.

– Näillä yhdisteillä on todennäköisesti ollut merkittävä rooli taistelussa kasvinsyöjiä vastaan evoluution aikana. Fenolisilla yhdisteillä on kuitenkin kasvissa muitakin tehtäviä kuin tuholaisilta puolustautuminen. Tarvitaan lisää tutkimusta fenolisten yhdisteiden muuttumisesta eri olosuhteissa, jotta niiden vaikutus evoluutioon ymmärrettäisiin vielä kokonaisvaltaisemmin, Vanhakylä toteaa.

Tutkimuksessa havaittiin myös, että sellaiset kasviryhmät, jotka tuottavat erityisen paljon muiden luokkien puolustusyhdisteitä, tuottivat usein vain hyvin pieniä määriä fenolisia yhdisteitä. Esimerkiksi kasvilahkossa, johon kuuluvat muun muassa kaalit, monet lajit tuottavat kitkeränmakuisia rikkiyhdisteitä suojakseen, eikä niissä havaittu juurikaan fenolisia yhdisteitä.

– Todennäköisesti kyseessä on ajautuminen erilaisille evolutiivisille poluille tai resurssien kohdentaminen eri puolustuskeinoihin. Olimme olettaneet, että myös eri fenolisten yhdisteryhmien välillä näkyisi jonkinlaista kilpailua, sillä ne käyttävät osittain samoja lähtöaineita rakennuspalikoinaan. Yllättäen emme kuitenkaan havainneet keskinäistä kilpailua, vaan pikemminkin samankaltaisten yhdisteiden esiintymistä yhdessä. Jotkin kasvit kykenivät tuottamaan esimerkiksi useita flavonoidiryhmiä samanaikaisesti ilman, että yksittäisten ryhmien tuotanto kärsi, ja tämän lisäksi voitiin tuottaa myös ellagitanniineja, Vanhakylä kertoo.

Tutkimus avaa lukuisia uusia mahdollisuuksia merkittävien kasviyhdisteiden löytämiselle

Lähes 4000 kasvilajia tarkasteleva tutkimus on laaja, mutta se kattaa noin sadasosan maailman tunnetuista kasvilajeista, joten kiinnostavia kasviyhdisteitä voi löytyä vielä runsaasti lisää.

– Vaikka tässä työssä raapaistiin vasta aiheen pintaa, se muodostaa tärkeän pohjan, jonka avulla voidaan selvittää tarkemmin puolustuskemian evoluution syitä, kasvien ja kasvinsyöjien vuorovaikutuksia, ilmastonmuutoksen vaikutuksia ja muiden puolustuskeinojen merkitystä. Tuloksia voidaan hyödyntää myös taloudellisesti ja lääketieteellisesti merkittävien kasvilajien etsinnässä. Esimerkiksi ellagitanniinipitoisilla lajeilla, kuten lakalla, on havaittu olevan puolustuskykyä muun muassa sairaalabakteeria vastaan, Vanhakylä summaa.

Väitöstilaisuus 26. kesäkuuta

FM Suvi Vanhakylä esittää väitöskirjansa ”Distribution of Foliar Plant Polyphenols Across the Plant Phylogeny” julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa torstaina 26.6.2025 klo 12.00 (Turun yliopisto, päärakennus, Tauno Nurmela -sali, Turku).

Vastaväittäjänä toimii professori Johanna Witzell (Linné-yliopisto, Ruotsi) ja kustoksena professori Juha-Pekka Salminen (Turun yliopisto). Tilaisuus on suomenkielinen. Väitöksen alana on kemia.