De kleur rood spat over tuinen, bossen en boerderijen, het aantrekken van bestuivers met heldere tinten, het signaleren van rijp fruit en het verrukken van groente- en bloementuinders.

Maar als je een robijnrode framboos tegen een karmozijnrode biet zet en goed kijkt, je merkt het misschien:het zijn verschillende rode tinten.

Miljoenen jaren geleden, één plantenfamilie - de bieten en hun naaste en verre neven - ontdekte een gloednieuw rood pigment en gooide het rood weg dat door de rest van de plantenwereld werd gebruikt. Hoe dit nieuwe rood evolueerde, en waarom er nooit een plant is gevonden die beide soorten rood pigment maakt, zijn vragen die onderzoekers al lang aan het puzzelen zijn over de evolutie van planten.

Schrijven deze week (9 okt. 2017) in het tijdschrift Nieuwe fytoloog , Universiteit van Wisconsin-Madison, hoogleraar botanie Hiroshi Maeda en zijn collega's, beschrijven een oude versoepeling van een belangrijke biochemische route die de weg vrijmaakte voor de voorouders van bieten om hun karakteristieke rode pigment te ontwikkelen. Door een efficiënte manier te ontwikkelen om het aminozuur tyrosine te maken, de grondstof voor het nieuwe rood, deze plantenfamilie maakte extra tyrosine vrij voor meer toepassingen. Latere innovaties veranderden het nieuwe overvloedige tyrosine scharlaken.

De nieuwe bevindingen kunnen helpen bij het fokken van bieten en bieden hulpmiddelen en informatie voor wetenschappers die bestuderen hoe tyrosine kan worden omgezet in zijn vele nuttige derivaten, waaronder morfine en vitamine E.

"De kernvraag waarin we geïnteresseerd waren, is hoe metabole routes zijn geëvolueerd in verschillende planten, en waarom planten zoveel verschillende verbindingen kunnen maken, ", zegt Maeda. "Bieten waren de perfecte start om de vraag aan te pakken."

De overgrote meerderheid van planten vertrouwt op een klasse van pigmenten, anthocyanines genaamd, om hun bladeren en vruchten paars en rood te kleuren. Maar de voorouders van bieten ontwikkelden de rode en gele betalains, en schakelde vervolgens de overtollige anthocyanines uit. Naast bieten, de kleur wordt gevonden in snijbiet, rabarber, quinoa en cactussen, tussen duizenden soorten. Betalains zijn veel voorkomende voedselkleurstoffen en worden gekweekt door bietentelers.

Toen de afgestudeerde student van het Maeda-lab en hoofdauteur van het nieuwe artikel Samuel Lopez-Nieves de enzymen isoleerde in bieten die tyrosine produceren, hij vond twee versies. Een daarvan werd geremd door tyrosine - een natuurlijke manier om de hoeveelheid van het aminozuur te reguleren, door de productie stil te leggen als er veel van is. Maar het tweede enzym was veel minder gevoelig voor regulatie door tyrosine, wat betekent dat het het aminozuur kan blijven maken zonder te worden vertraagd. Het resultaat was dat bieten veel meer tyrosine produceerden dan andere planten, genoeg om mee te spelen en in betalains te veranderen.

Ervan uitgaande dat mensen deze zeer actieve tyrosineroute hadden gefokt terwijl ze selecteerden voor felrode bieten, Lopez-Nieves isoleerde de enzymen uit wilde bieten.

"Zelfs de wilde voorouder van bieten, zeebiet, had dit gedereguleerde enzym al. Dat was onverwachts. Dus, onze aanvankelijke hypothese was verkeerd, ', zegt Lopez-Nieves.

Dus wendde hij zich tot spinazie, een verre neef die langer geleden afweek van bieten. Spinazie had ook twee exemplaren, een die niet werd geremd door tyrosine, wat betekent dat de nieuwe tyrosineroute ouder moet zijn dan de voorouder van spinazie en biet. De onderzoekers moesten veel verder teruggaan in de evolutionaire tijd om te ontdekken wanneer de voorouder van bieten een seconde evolueerde, minder geremd enzym.

Werken met medewerkers aan de Universiteit van Michigan en de Universiteit van Cambridge, Maeda's team analyseerde de genomen van tientallen plantenfamilies, sommige die betalains maakten en andere die uiteenliepen voordat de nieuwe pigmenten waren geëvolueerd. Ze ontdekten dat de innovatie van de tyrosineroute - met één enzym dat vrij is om meer van het aminozuur te maken - lang voor betalains evolueerde. Pas later evolueerden andere enzymen die het overvloedige tyrosine in de rode betalains konden veranderen.

"Onze eerste hypothese was dat de betalain-pigmentroute evolueerde en toen, tijdens het kweekproces, mensen hebben de tyrosineroute aangepast om het pigment verder te vergroten. Maar dat was niet het geval, ', zegt Maeda. 'Het is eigenlijk al lang geleden gebeurd. En het bood een evolutionaire opstap naar de evolutie van dit nieuwe pigmentpad."

De conclusie van deze studie, zegt Maeda, is dat het veranderen van de productie van grondstoffen zoals tyrosine nieuwe wegen opent voor het produceren van de gevarieerde en nuttige verbindingen die planten tot de belangrijkste scheikundigen van de natuur maken.

Voor een onbekende voorouder van bieten en cactussen, door deze flexibiliteit in grondstoffen kon het een nieuw soort rood ontdekken dat de wereld nog niet eerder had gezien, een die vandaag de dag nog steeds over de plantenwereld wordt bespat.