Két kritikus gént azonosítottak azon növények esetében, amelyek 470 millió évvel ezelőtt kolonizálták a Földet

A kutatók új megvilágításba helyezték a növényi élet létrejöttét a Földön

származó kutatók Koppenhágai Egyetem Új megvilágításba helyezte, hogyan keletkezett a növényi élet bolygónk felszínén. Pontosabban kimutatták, hogy két génre van szükség a szárazföldi növényeknek ahhoz, hogy megvédjék magukat a gombák támadásától – ez a védekezési mechanizmus 470 millió éves múltra tekint vissza. Valószínű, hogy ezek a védekezések előkészítették az utat minden szárazföldi növény számára.

Mads Eggert Nielsen, a Koppenhágai Egyetem biológusa.

A növények csaknem félmilliárd éve fejlődtek ki a vízi algákból a Földön való túlélési képességekké, ezzel lefektették a földi élet alapjait. Az egyik akadály, amely annyira megnehezítette ezt a drámai átalakulást, a gombák voltak:

Becslések szerint 100 millió évvel ezelőtt gombák kúsztak át a Föld felszínén élelem után kutatva, valószínűleg a tengerből kimosott elhalt algákban. Tehát, ha Ön, mint új növény, meg akarja telepedni a földön, és az első dolog, amivel találkozik, az egy gomba, amely megemészti, szüksége van valamiféle védekező mechanizmusra” – mondja Mads Eggert Nielsen, az Egyesült Államok biológusa. A Koppenhágai Egyetem Növény- és Környezettudományi Tanszéke.

Mads Eggert Nielsen és a Növény- és Környezettudományi Tanszék, valamint a Paris-Sclay Egyetem kutatótársai szerint ennek a védekező mechanizmusnak a magja két génre szűkíthető le, a PEN1-re és a SYP122-re. Együtt segítik a növényekben egy olyan komponens kialakítását, amely megakadályozza a gombák és gombaszerű szervezetek invázióját.

„Felfedeztük, hogy ha elpusztítjuk ezt a két gént az Arabidopsis modellünkben, megnyitjuk az ajtót a patogén gombák behatolása előtt. Megállapítottuk, hogy nélkülözhetetlenek ennek a sejtfalszerű dugónak a kialakulásához, amely védelmet nyújt a gombák ellen. Érdekes módon, úgy tűnik, hogy ez egy védelmi mechanizmus, amely minden szárazföldi növényben megtalálható” – mondja Mads Eggert Nielsen, a Science folyóiratban megjelent tanulmány vezető szerzője. eLife.

Egy 470 millió éves gyárban nőttem fel

A kutatócsoport ugyanezt a funkciót tesztelte a májfűben, amely a Föld egyik első szárazföldi növényének közvetlen leszármazottja. A májfűben lévő két egyező gén felvételével és a cressusba való beillesztésével a kutatók megvizsgálták, hogy vajon meghatározhatják-e ugyanazt a hatást. A válasz igen volt.

Kísérletek az Arabidopsis modellel Hitel: Mads Eggert Nielsen

„Bár a két növénycsalád, amelyhez az Arabidopsis és a májfű tartozott, 450 millió évvel ezelőtt eltérő irányban fejlődött, továbbra is közös genetikai funkciókat viseltek. Úgy gondoljuk, hogy ez a géncsalád azzal az egyedülálló céllal jött létre, hogy ezt a védekező mechanizmust kezelje, és így Az egyik alapja, hogy a növények megtelepedjenek a földön” – mondja Mads Eggert Nielsen.

Növények és gombák együttélése

Míg a gombák akadályozták a növényeket a tengeri algákból a szárazföldi növényekké való átmenetben, ezek egyben előfeltételek is voltak. Mads Eggert Nielsen elmagyarázza, hogy miután a növények túlélték a Földön a gombák támadásait, amelyek meg akarták enni őket, a következő probléma a tápanyagok megtalálása volt:

A vízi környezetben élő növények könnyen hozzáférnek az oldott tápanyagokhoz, például a foszforhoz és a nitrogénhez. De 500 millió évvel ezelőtt a ma ismert talaj nem létezett – csak sziklák. A sziklákhoz kötött tápanyagokat a növények rendkívül nehezen tudják beszerezni. De nem a gombákra. Másrészt a gombák nem tudnak szénhidrátot termelni – ezért fogyasztják a növényeket. A feltételezések szerint itt alakult ki a növények és a gombák közötti szimbiotikus kapcsolat, ami aztán az alapja lett a szárazföldi növényvilág felrobbanásának ebben az időszakban.”

A növényben kialakuló védekező struktúrák nem pusztítják el a növényt vagy a gombát, egyszerűen megakadályozzák a gomba behatolását.

„Mivel a gombák csak részben tudnak bejutni a növénybe, úgy gondoljuk, hogy kialakul egy fordulópont, ahol mind a növénynek, mind a gombának van keresnivalója. Ezért hasznos volt a kapcsolatot úgy tartani, ahogy van. Az az elmélet, hogy a növények megszelídítették a gombákat, hogy megtelepedjenek. a föld Nem a miénk, de mi biztosítunk olyan takarmányt, amely támogatja ezt az elképzelést” – mondja Mads Eggert Nielsen.

Mezőgazdaságban alkalmazható

Az új eredmények fontos elemet adnak a növények evolúciós történetének rejtvényéhez. Ennél is fontosabb, hogy ezek segítségével a növényeket ellenállóbbá lehet tenni a gombás támadásokkal szemben, ami nagy problémát jelent a gazdálkodók számára.

„Ha minden növény egyformán védekezik, ez azt jelenti, hogy a betegségeket okozni képes mikroorganizmusok – például lisztharmat, sárgarozsda és burgonyarothadás – megtalálták a módját, hogy beszivárogjanak, megállítsák vagy kijátsszák a megfelelő gazdanövényeik védekezőképességét. Szeretnénk tudni. Hogyan teszik ezt. Ezután megpróbáljuk átvinni a védekező komponenseket a rezisztens növényekről azokra a növényekre, amelyek megbetegednek, és így rezisztenciát érnek el” – mondja Mads Eggert Nielsen.

Mads Eggert Nielsen részt vesz a Hans Thordal-Christensen által vezetett és a Novo Nordisk Alapítvány által támogatott kutatási projektben a Botanikai és Környezettudományi Tanszéken, amely a növények ellenállóbbá tételére összpontosít azáltal, hogy azonosítja azokat a védekezési mechanizmusokat a növényekben, amelyekkel a betegségeket okozó mikroorganizmusok próbálkoznak. megszólítani. Bezárás.

További tények

A kutatók régóta azt feltételezték, hogy a PEN1 és SYP122 gének különleges funkciót töltenek be a növények vízi fázisukból algaként szárazföldi növényekké való átmenetében, de nincs konkrét bizonyíték arra vonatkozóan, hogy valóban előfeltételei-e a növényeknek. védelmi képességek.

Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy a PEN1 gén elpusztításával a növények elveszítik a lisztharmat elleni védekezési képességüket. Ha azonban a közeli rokon gén, a SYP122 elpusztul, semmi sem történik. Az új kutatási eredmények azt mutatják, hogy a két gén együtt fontos kulcsot alkot a növény védekező mechanizmusában.

Hivatkozás: „A növényi SYP12 struktúrák evolúciósan konzervált általános immunitást közvetítenek a fonálféreg kórokozóival szemben” Hector M. Rubiato, Mingqi Liu, Richard J O’Connell és Mads E. Nielsen, 2022. február 4., elérhető itt. eLife.
DOI: 10.7554 / eLife.73487