Pro rostliny, které kolonizovaly Zemi před 470 miliony let, byly identifikovány dva kritické geny

Vědci vrhli nové světlo na to, jak vznikl život rostlin na Zemi

výzkumníci z Univerzita v Kodani Vnesla nové světlo do toho, jak vznikl život rostlin na povrchu naší planety. Konkrétně ukázali, že pro suchozemské rostliny jsou nezbytné dva geny, aby se chránily před napadením houbami – což je obranný mechanismus, který se datuje 470 milionů let do minulosti. Je pravděpodobné, že tato obrana připravila cestu pro veškerý pozemský rostlinný život.

Rostliny se před téměř půl miliardou let vyvinuly z vodních řas ke schopnosti přežít na Zemi a položily tak základ života na Zemi. Jednou z překážek, které tuto dramatickou transformaci tak ztížily, byly houby:

Odhaduje se, že před 100 miliony let se houby plížily po zemském povrchu při hledání potravy, nejspíše nalezené v mrtvých řasách vyplavených z moře. Takže pokud se jako nová rostlina usadíte na zemi a první, na co narazíte, je houba, která vás sežere, potřebujete nějaký obranný mechanismus,“ říká Mads Eggert Nielsen, biolog Katedra rostlinných a environmentálních věd na univerzitě v Kodani.

Podle Madse Eggerta Nielsena a výzkumných kolegů z Katedry rostlinných a environmentálních věd a University of Paris-Sclay lze jádro tohoto obranného mechanismu zúžit na dva geny, PEN1 a SYP122. Společně pomáhají vytvořit typ složky v rostlinách, která zabraňuje invazi hub a houbám podobných organismů.

„Zjistili jsme, že pokud zničíme tyto dva geny v našem modelu Arabidopsis, otevřeme dveře pro pronikání patogenních hub. Zjistili jsme, že jsou nezbytné pro vytvoření této zátky podobné buněčné stěně, která chrání před houbami. Zajímavé je, zdá se, že jde o univerzálnost obranného mechanismu, který se vyskytuje u všech suchozemských rostlin,“ říká Mads Eggert Nielsen, hlavní autor studie, která byla publikována v časopise Science. eLife.

Vyrostl jsem ve 470 milionů let staré továrně

Výzkumný tým testoval stejnou funkci u jaterníku, přímého potomka jedné z prvních suchozemských rostlin na Zemi. Tím, že vzali dva odpovídající geny z jaterníku a vložili je do řeřichy, vědci zkoumali, zda mohou určit stejný účinek. Odpověď byla ano.

„Přestože se dvě rodiny rostlin, do kterých Arabidopsis a jaterník před 450 miliony let vyvíjely odlišným směrem, nadále sdílely genetické funkce. Věříme, že tato rodina genů vznikla s jedinečným účelem řídit tento obranný mechanismus, a tak to bylo Jeden ze základů rostlin, aby se usadily na zemi,“ říká Mads Eggert Nielsen.

Soužití rostlin a hub

Zatímco houby byly překážkou pro rostliny v jejich přechodu z mořských řas na suchozemské rostliny – byly také nezbytným předpokladem. Mads Eggert Nielsen vysvětluje, že jakmile byly rostliny schopny přežít útoky hub, které je chtěly na Zemi sežrat, dalším problémem, kterému čelili, bylo nalezení živin:

Rostliny ve vodním prostředí mají snadný přístup k rozpuštěným živinám, jako je fosfor a dusík. Před 500 miliony let však půda, jak ji známe dnes, neexistovala – pouze kameny. Živiny vázané na horniny jsou pro rostliny extrémně obtížné získat. Ale ne pro houby. Na druhou stranu houby nedokážou produkovat sacharidy – proto konzumují rostliny. Předpokládá se, že zde vznikl symbiotický vztah mezi rostlinami a houbami, který se pak stal základem pro explozi suchozemského rostlinného života během tohoto období.“

Obranné struktury, které se v rostlině tvoří, rostlinu ani houbu nezahubí, pouze zabrání houbě v invazi.

„Vzhledem k tomu, že houby mohou do rostliny proniknout pouze částečně, věříme, že nastává bod zlomu, kdy jak rostlina, tak houba mají co získat. Proto bylo užitečné zachovat vztah tak, jak je. Teorie, že rostliny zkrotily houby, aby kolonizovaly Země Není naše, ale poskytujeme krmivo, které tuto myšlenku podporuje,“ říká Mads Eggert Nielsen.

Lze aplikovat v zemědělství

Nové poznatky přidávají důležitý kousek do skládačky evoluční historie rostlin. Ještě důležitější je, že mohou být použity k tomu, aby plodiny byly odolnější vůči napadení houbami, což je pro zemědělce velký problém.

„Pokud se všechny rostliny brání stejným způsobem, mělo by to znamenat, že mikroorganismy schopné způsobit onemocnění – jako je padlí, žlutá rez a hniloba brambor – našly způsob, jak infiltrovat, zastavit nebo se vyhnout obraně svých hostitelských rostlin. Chceme to vědět. Jak to dělají. Potom se pokusíme přenést obranné složky z odolných rostlin na rostliny, které onemocní, a tak dosáhnout odolnosti,“ říká Mads Eggert Nielsen.

Mads Eggert Nielsen se účastní výzkumného projektu na katedře botanických a environmentálních věd pod vedením Hanse Thordal-Christensena a podporovaného nadací Novo Nordisk, který se zaměřuje na zvýšení odolnosti plodin identifikací obranných mechanismů v rostlinách, které mikroorganismy způsobující choroby zkoušejí. na adresu. zavřít.

Další fakta

Vědci dlouho předpokládali, že geny PEN1 a SYP122 plní zvláštní funkci, pokud jde o přechod rostlin z jejich vodní fáze jako řasy do suchozemských rostlin, ale neexistují žádné konkrétní důkazy o tom, zda jsou skutečně předpokladem pro rostliny. obranné schopnosti.

Předchozí studie ukázaly, že zničením genu PEN1 rostliny ztrácejí schopnost bránit se proti padlí. Když je však blízce příbuzný gen, SYP122, zničen, nic se nestane. Nové výsledky výzkumu ukazují, že oba geny společně tvoří důležitý klíč v obranném mechanismu rostliny.

Odkaz: „Struktury rostlin SYP12 zprostředkovávají evolučně konzervovanou obecnou imunitu vůči patogenům háďátek“ Hector M Rubiato, Mingqi Liu, Richard J O’Connell a Mads E. Nielsen, 4. února 2022, k dispozici zde. eLife.
DOI: 10.7554 / eLife.73487