Buvo nustatyti du genai, būtini augalams, kolonizuojantiems Žemę prieš 470 mln.

Earth DNA Genetics

Mokslininkai mano, kad du genai, PEN1 ir SYP122, yra paruošti visiems sausumos augalų gyvybei.

Tyrėjai atskleidė naują šviesą apie tai, kaip augalų gyvybė įsitvirtino žemės paviršiuje

Kopenhagos universiteto mokslininkai naujai atskleidė, kaip mūsų planetos paviršiuje įsitvirtino augalų gyvybė. Jie įrodė, kad du genai yra labai svarbūs apsaugant sausumos augalus nuo grybelių atakų – tai gynybos mechanizmas, sukurtas prieš 470 mln. Šios apsaugos priemonės greičiausiai atvėrė kelią visai sausumos augalų gyvybei.

Madsas Eggertas Nielsenas

Madsas Eggertas Nielsenas, Kopenhagos universiteto biologas.

Maždaug prieš pusę milijardo metų augalai išsivystė iš vandens dumblių į galinčius išgyventi sausumoje ir padėjo pagrindą gyvybei sausumoje. Grybai buvo viena iš kliūčių, dėl kurių šis dramatiškas perėjimas buvo toks sudėtingas:

„Skaičiuojama, kad prieš 100 milijonų metų grybai sėlino per Žemės paviršių ieškodami maisto ir greičiausiai rado negyvų dumblių, išplautų iš jūros. Taigi, jei jūs, kaip naujas augalas, ketinate įsitvirtinti žemėje ir pirmiausia jums reikia grybelio, kuris jus suės, jums reikia tam tikro gynybos mechanizmo“, – sako Madsas Eggertas Nielsenas, Kopenhagos universiteto Augalų ir aplinkos mokslų katedra.

Pasak Madso Eggerto Nielseno ir jo kolegų iš Augalų ir aplinkos mokslų katedros bei Paryžiaus-Saclay universiteto, šio gynybos mechanizmo esmę galima susiaurinti iki dviejų genų – PEN1 ir SYP122. Kartu jie padeda suformuoti augalų kamštį, kuris įsiveržia į grybus ir į grybus panašius organizmus.

„Mes išsiaiškinome, kad jei sunaikinsime šiuos du genus savo pavyzdiniame augale, esantis skraidyklėje (Arabidopsis), atversime duris patogeniniams grybams. Mes nustatėme, kad jie reikalingi šiam ląstelės sienelės tipo kamščiui, apsaugančiam nuo grybelių, suformuoti. Įdomu tai, kad tai yra universalus gynybos mechanizmas, randamas visuose sausumos augaluose“, – sako Madsas Eggertas Nielsenas, vyresnysis tyrimo, paskelbto žurnale, autorius. eGyvenimasBendrasis pokalbių pokalbių kambarys

Kilęs iš 470 milijonų metų senumo gamyklos

Tyrimo grupė tą pačią funkciją išbandė ir kepenyse, kuri yra tiesioginė vieno iš pirmųjų žemės augalų palikuonė. Paėmę du atitinkamus kepenėlių genus ir įterpę juos į gelsvąsias skraises, mokslininkai tiria, ar jie gali turėti tokį patį poveikį. Atsakymas buvo taip.

Modelis Plant Thale Cress

Eksperimentai su pavyzdiniu augalu taline kresa (Arabidopsis) Autorius: Mads Eggert Nielsen

„Nors dvi augalų šeimos, kurioms priklauso Arabidopsis ir kepenų žolė, išsivystė skirtingomis kryptimis prieš 450 milijonų metų, jos ir toliau dalijasi genetinėmis funkcijomis. Manome, kad ši genų šeima atsirado turėdama unikalų tikslą valdyti šį gynybos mechanizmą ir todėl buvo vienas iš augalų įsitvirtinimo žemėje pagrindų“, – sako Madsas Eggertas Nielsenas.

Simbiozė tarp augalų ir grybų

Nors grybai buvo kliūtis augalams, pereinantiems iš dumblių jūrinės stadijos į sausumos augalus, jie taip pat buvo būtina sąlyga. Kai tik augalai galėjo išgyventi grybų, norinčių juos iškrauti, puolimą, kita problema, su kuria jie susidūrė, buvo maistinių medžiagų paieška, aiškina Madsas Eggertas Nielsenas:

Vandens aplinkoje esantys augalai lengvai pasiekia ištirpusias maistines medžiagas, tokias kaip fosforas ir azotas. Tačiau prieš 500 milijonų metų dirvožemio, kaip mes žinome, šiandien nebuvo – tik uolos. Be to, uolienose surištas maistines medžiagas augalams labai sunku gauti. Bet ne grybams. Kita vertus, grybai negali gaminti angliavandenių – štai kodėl jie valgo augalus. Manoma, kad čia atsirado simbiotinis ryšys tarp augalų ir grybų, kurie vėliau tapo sausumos augalų gyvybės sprogimo per šį laikotarpį pagrindu.

Apsaugos struktūros, susidarančios augale, nežudo nei augalo, nei grybelio, jos tiesiog nustoja veržtis nuo grybelio.

„Kadangi grybas į augalą gali patekti tik iš dalies, manome, kad atsiranda lūžio taškas, kai ir augalas, ir grybelis turi ką įgyti. Todėl išlaikyti santykius tokius, kokie jie yra, buvo pranašumas. Teorija, kad augalai prisijaukino grybus, kad kolonizuotų žemę, nėra mūsų, bet mes tiekiame pašarą, kuris palaiko šią idėją“, – sako Madsas Eggertas Nielsenas.

Galima pritaikyti žemės ūkyje

Nauji rezultatai papildo svarbią augalų evoliucinės istorijos galvosūkį. Dar svarbiau, kad jie galėtų būti naudojami siekiant, kad augalai būtų atsparesni grybelių atakoms, o tai yra pagrindinė ūkininkų problema.

„Jeigu visi augalai ginasi vienodai, tai turi reikšti, kad mikroorganizmai, galintys sukelti ligas – tokias kaip miltligė, geltonosios rūdys, bulvių pelėsiai – rado būdą, kaip prasmukti, išsijungti ar išvengti savo gynybos. giminingi augalai šeimininkai. Norime sužinoti, kaip jie tai daro. Tada bandysime perkelti apsauginius komponentus iš atsparių augalų į tuos augalus, kurie suserga, ir taip pasiekti atsparumą“, – sako Madsas Eggertas Nielsenas.

Mads Eggert Nielsen yra mokslinių tyrimų projektas, kuriame dalyvauja Augalų ir aplinkos mokslų departamentas, vadovaujamas Hanso Thordalo-Christenseno ir remiamas Novo Nordisk fondo, kurio tikslas – padidinti pasėlių atsparumą nustatant augalų, kurie yra patogeniški mikroorganizmai, gynybos mechanizmus. Uždaryti.

Papildomi faktai

Tyrėjai jau seniai manė, kad genai PEN1 ir SYP122 atlieka ypatingą funkciją, susijusią su perėjimu nuo augalų prie dumblių iki jų dumblių stadijos, tačiau nebuvo konkrečių įrodymų, ar jie iš tikrųjų buvo būtina augalų sąlyga. .

Ankstesni tyrimai parodė, kad sunaikinę PEN1 geną, augalai praranda gebėjimą apsiginti nuo miltligės grybų. Tačiau sunaikinus glaudžiai giminingą geną SYP122, nieko neįvyksta. Nauji tyrimo rezultatai rodo, kad kartu abu genai yra svarbus augalo gynybos mechanizmo raktas.

Nuoroda: „Augalų SYP12 sintaksinai tarpininkauja evoliuciškai konservuotam bendram imunitetui siūliniams patogenams“, autorius Hector M Rubiato, Mengqi Liu, Richard J O’Connell ir Mads E Nielsen, 2022 m. vasario 4 d. eGyvenimas.
DOI: 10.7554 / eLife.73487

Parašykite komentarą

El. pašto adresas nebus skelbiamas.