Δύο κρίσιμα γονίδια έχουν εντοπιστεί για φυτά που αποίκησαν τη Γη πριν από 470 εκατομμύρια χρόνια

Οι ερευνητές έριξαν νέο φως στο πώς προήλθε η φυτική ζωή στη Γη

ερευνητές από Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης Έριξε νέο φως στο πώς προήλθε η φυτική ζωή στην επιφάνεια του πλανήτη μας. Συγκεκριμένα, έδειξαν ότι δύο γονίδια είναι απαραίτητα για τα χερσαία φυτά για να προστατευτούν από την επίθεση μυκήτων – ένας αμυντικός μηχανισμός που χρονολογείται πριν από 470 εκατομμύρια χρόνια. Είναι πιθανό ότι αυτές οι άμυνες άνοιξαν το δρόμο για όλη τη χερσαία φυτική ζωή.

Mads Eggert Nielsen, βιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης.

Τα φυτά εξελίχθηκαν από τα υδρόβια φύκια στην ικανότητα επιβίωσης στη Γη σχεδόν μισό δισεκατομμύριο χρόνια πριν, θέτοντας τα θεμέλια για τη ζωή στη Γη. Ένα από τα εμπόδια που έκαναν αυτή τη δραματική μεταμόρφωση τόσο δύσκολη ήταν οι μύκητες:

Υπολογίζεται ότι πριν από 100 εκατομμύρια χρόνια, μύκητες διέρχονταν στην επιφάνεια της Γης αναζητώντας τροφή, που πιθανότατα βρέθηκαν σε νεκρά φύκια που ξεβράστηκαν από τη θάλασσα. Έτσι, αν ως νέο φυτό πρόκειται να εγκατασταθείς στη Γη και το πρώτο πράγμα που συναντάς είναι ένας μύκητας που σε τρώει, χρειάζεσαι κάποιου είδους αμυντικό μηχανισμό», λέει ο Mads Eggert Nielsen, βιολόγος στο Τμήμα. Φυτικών και Περιβαλλοντικών Επιστημών στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης.

Σύμφωνα με τον Mads Eggert Nielsen και ερευνητές από το Τμήμα Φυτικών και Περιβαλλοντικών Επιστημών και το Πανεπιστήμιο του Paris-Sclay, ο πυρήνας αυτού του αμυντικού μηχανισμού μπορεί να περιοριστεί σε δύο γονίδια, το PEN1 και το SYP122. Μαζί, βοηθούν στο σχηματισμό ενός τύπου συστατικού στα φυτά που αποτρέπει την εισβολή μυκήτων και οργανισμών που μοιάζουν με μύκητες.

“Ανακαλύψαμε ότι εάν καταστρέψουμε αυτά τα δύο γονίδια στο μοντέλο Arabidopsis, ανοίγουμε την πόρτα για να διεισδύσουν παθογόνοι μύκητες. Διαπιστώσαμε ότι είναι απαραίτητοι για το σχηματισμό αυτού του βύσματος που μοιάζει με κυτταρικό τοίχωμα που προστατεύει από τους μύκητες. φαίνεται να είναι μια παγκοσμιότητα αμυντικού μηχανισμού που βρίσκεται σε όλα τα χερσαία φυτά», λέει ο Mads Eggert Nielsen, ανώτερος συγγραφέας της μελέτης, η οποία δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Science. eLife.

Μεγάλωσα σε ένα εργοστάσιο 470 εκατομμυρίων ετών

Η ερευνητική ομάδα δοκίμασε την ίδια λειτουργία στο συκώτι, έναν άμεσο απόγονο ενός από τα πρώτα φυτά της ξηράς στη Γη. Λαμβάνοντας τα δύο γονίδια που ταιριάζουν στο συκώτι και εισάγοντάς τα στο cressus, οι ερευνητές εξέτασαν εάν μπορούσαν να προσδιορίσουν το ίδιο αποτέλεσμα. Η απάντηση ήταν ναι.

Πειράματα με το Arabidopsis Model Credit: Mads Eggert Nielsen

“Αν και οι δύο οικογένειες φυτών στις οποίες ανήκαν το Arabidopsis και το liverwort εξελίχθηκαν σε διαφορετικές κατευθύνσεις πριν από 450 εκατομμύρια χρόνια, συνέχισαν να μοιράζονται γενετικές λειτουργίες. Πιστεύουμε ότι αυτή η οικογένεια γονιδίων προέκυψε με μοναδικό σκοπό τη διαχείριση αυτού του αμυντικού μηχανισμού, και έτσι ήταν ένα από τα θεμέλια των φυτών για να εδραιωθούν στο έδαφος», λέει ο Mads Eggert Nielsen.

Η συνύπαρξη φυτών και μυκήτων

Ενώ οι μύκητες αποτελούσαν εμπόδιο για τα φυτά στη μετάβασή τους από θαλάσσια φύκια σε χερσαία φυτά – ήταν επίσης απαραίτητη προϋπόθεση. Ο Mads Eggert Nielsen εξηγεί ότι από τη στιγμή που τα φυτά μπόρεσαν να επιβιώσουν από τις επιθέσεις των μυκήτων που προσπαθούσαν να τα φάνε στη Γη, το επόμενο πρόβλημα που αντιμετώπισαν ήταν να βρουν τα θρεπτικά συστατικά:

Τα φυτά σε υδάτινα περιβάλλοντα έχουν εύκολη πρόσβαση σε διαλυμένα θρεπτικά συστατικά όπως ο φώσφορος και το άζωτο. Αλλά πριν από 500 εκατομμύρια χρόνια, το έδαφος όπως το ξέρουμε σήμερα δεν υπήρχε – μόνο βράχοι. Τα θρεπτικά συστατικά που συνδέονται με τα πετρώματα είναι εξαιρετικά δύσκολο για τα φυτά να αποκτήσουν. Όχι όμως για μύκητες. Από την άλλη, οι μύκητες δεν μπορούν να παράγουν υδατάνθρακες – γι’ αυτό καταναλώνουν φυτά. Εδώ πιστεύεται ότι προέκυψε η συμβιωτική σχέση μεταξύ φυτών και μυκήτων, η οποία αργότερα έγινε η βάση για την έκρηξη της επίγειας φυτικής ζωής κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου».

Οι αμυντικές δομές που σχηματίζονται στο φυτό δεν σκοτώνουν το φυτό ή τον μύκητα, απλώς εμποδίζουν τον μύκητα να εισβάλει.

“Δεδομένου ότι τα μανιτάρια μπορούν να εισέλθουν μόνο μερική στο φυτό, πιστεύουμε ότι προκύπτει ένα σημείο καμπής όπου τόσο το φυτό όσο και ο μύκητας έχουν κάτι να κερδίσουν. Επομένως, ήταν χρήσιμο να διατηρήσουμε τη σχέση ως έχει. Η θεωρία ότι τα φυτά εξημέρωσαν τους μύκητες για να αποικίσουν η γη Δεν είναι δική μας, αλλά παρέχουμε ζωοτροφές που υποστηρίζουν αυτή την ιδέα», λέει ο Mads Eggert Nielsen.

Μπορεί να εφαρμοστεί στη γεωργία

Τα νέα ευρήματα προσθέτουν ένα σημαντικό κομμάτι στο παζλ της εξελικτικής ιστορίας των φυτών. Το πιο σημαντικό είναι ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να κάνουν τις καλλιέργειες πιο ανθεκτικές σε προσβολές μυκήτων, κάτι που αποτελεί μεγάλο πρόβλημα για τους αγρότες.

«Εάν όλα τα φυτά αμύνονται με τον ίδιο τρόπο, αυτό θα σημαίνει ότι μικροοργανισμοί που μπορούν να προκαλέσουν ασθένειες – όπως το ωίδιο, η κίτρινη σκουριά και η σήψη της πατάτας – έχουν βρει έναν τρόπο να διεισδύσουν, να σταματήσουν ή να αποφύγουν την άμυνα των αντίστοιχων φυτών ξενιστών. Πώς το κάνουν αυτό. Στη συνέχεια, θα προσπαθήσουμε να μεταφέρουμε τα αμυντικά συστατικά από τα ανθεκτικά φυτά σε εκείνα τα φυτά που προσβάλλονται από ασθένειες, και έτσι επιτυγχάνουμε αντοχή», λέει ο Mads Eggert Nielsen.

Ο Mads Eggert Nielsen συμμετέχει σε ένα ερευνητικό πρόγραμμα στο Τμήμα Βοτανικών και Περιβαλλοντικών Επιστημών με επικεφαλής τον Hans Thordal-Christensen και με την υποστήριξη του Novo Nordisk Foundation που εστιάζει στο να κάνει τις καλλιέργειες πιο ανθεκτικές εντοπίζοντας αμυντικούς μηχανισμούς στα φυτά που προσπαθούν μικροοργανισμοί που προκαλούν ασθένειες στη διεύθυνση. Κλείσε.

Πρόσθετα στοιχεία

Οι ερευνητές υπέθεσαν εδώ και καιρό ότι τα γονίδια PEN1 και SYP122 εκτελούσαν μια ειδική λειτουργία όσον αφορά τη μετάβαση των φυτών από την υδρόβια φάση τους ως φύκια στα χερσαία φυτά, αλλά δεν υπάρχουν συγκεκριμένες αποδείξεις για το εάν είναι όντως προϋπόθεση για τα φυτά. αμυντικές δυνατότητες.

Προηγούμενες μελέτες έχουν δείξει ότι καταστρέφοντας το γονίδιο PEN1, τα φυτά χάνουν την ικανότητά τους να αμύνονται από το ωίδιο. Ωστόσο, όταν το στενά συγγενικό γονίδιο, το SYP122, καταστρέφεται, δεν συμβαίνει τίποτα. Τα νέα ερευνητικά αποτελέσματα δείχνουν ότι τα δύο γονίδια μαζί αποτελούν σημαντικό κλειδί στον αμυντικό μηχανισμό του φυτού.

Παραπομπή: «Οι δομές του φυτού SYP12 μεσολαβούν σε μια εξελικτικά διατηρημένη γενική ανοσία στα παθογόνα νηματωδών» Του Hector M Rubiato, Mingqi Liu, Richard J O’Connell και Mads E. Nielsen, 4 Φεβρουαρίου 2022, Διαθέσιμο εδώ. eLife.
DOI: 10.7554 / eLife.73487