Mokslininkai naujai atskleidė, kaip Žemėje atsirado augalų gyvybė

tyrinėtojai iš Kopenhagos universitetas Tai atskleidė naują šviesą, kaip mūsų planetos paviršiuje atsirado augalų gyvybė. Konkrečiai, jie parodė, kad sausumos augalams, norint apsisaugoti nuo grybų atakų, reikalingi du genai – gynybos mechanizmas, sukurtas prieš 470 mln. Tikėtina, kad šios gynybos priemonės atvėrė kelią visai sausumos augalų gyvybei.

Madsas Eggertas Nielsenas, Kopenhagos universiteto biologas.

Beveik prieš pusę milijardo metų augalai išsivystė iš vandens dumblių į sugebėjimą išgyventi Žemėje ir padėjo pamatus gyvybei Žemėje. Viena iš kliūčių, dėl kurių ši dramatiška transformacija buvo tokia sunki, buvo grybai:

Skaičiuojama, kad prieš 100 milijonų metų grybai sėlino Žemės paviršių ieškodami maisto, greičiausiai aptikti negyvuose dumbliuose, išplautuose iš jūros. Taigi, jei jūs, kaip naujas augalas, ketinate įsitvirtinti žemėje ir pirmiausia susidursite su jus suėdančiu grybeliu, jums reikia tam tikro gynybos mechanizmo“, – sako Madsas Eggertas Nielsenas, biologas. Kopenhagos universiteto Augalų ir aplinkos mokslų katedra.

Pasak Madso Eggerto Nielseno ir mokslininkų iš Augalų ir aplinkos mokslų katedros bei Paryžiaus-Sclay universiteto, šio gynybos mechanizmo branduolį galima susiaurinti iki dviejų genų – PEN1 ir SYP122. Kartu jie padeda formuoti augalų komponentų tipą, neleidžiantį grybeliams ir į grybus panašiems organizmams įsiveržti.

„Mes atradome, kad jei sunaikinsime šiuos du genus mūsų Arabidopsis modelyje, atversime duris patogeniniams grybams. Mes nustatėme, kad jie yra būtini norint susidaryti šiam ląstelės sienelę primenančiam kamščiui, apsaugančiam nuo grybelių. Įdomu, Atrodo, kad tai gynybos mechanizmas, universalumas, randamas visuose sausumos augaluose“, – sako Madsas Eggertas Nielsenas, vyresnysis tyrimo, paskelbto žurnale „Science“, autorius. eGyvenimas.

Aš užaugau 470 milijonų metų senumo gamykloje

Tyrimo grupė tą pačią funkciją išbandė ir kepenyse, kuri yra tiesioginė vieno pirmųjų sausumos augalų Žemėje palikuonė. Paėmę du sutampančius kepenėlių genus ir įterpę juos į kressą, tyrėjai ištyrė, ar jie gali nustatyti tą patį poveikį. Atsakymas buvo taip.

Eksperimentai su Arabidopsis modeliu Autorius: Mads Eggert Nielsen

„Nors dvi augalų šeimos, kurioms priklausė Arabidopsis ir kepenėlis, evoliucionavo skirtingomis kryptimis prieš 450 milijonų metų, jos ir toliau dalijosi genetinėmis funkcijomis. Manome, kad ši genų šeima atsirado su unikaliu tikslu valdyti šį gynybos mechanizmą, todėl buvo Vienas iš augalų pamatų įsitvirtinti žemėje“, – sako Madsas Eggertas Nielsenas.

Augalų ir grybų sambūvis

Nors grybai buvo kliūtis augalams pereiti nuo jūros dumblių prie sausumos augalų, jie taip pat buvo būtina sąlyga. Madsas Eggertas Nielsenas paaiškina, kad kai augalai sugebėjo išgyventi nuo grybų, norinčių juos valgyti Žemėje, atakų, kita problema, su kuria jie susidūrė, buvo maistinių medžiagų paieška:

Vandens aplinkoje esantys augalai turi lengvą prieigą prie ištirpusių maistinių medžiagų, tokių kaip fosforas ir azotas. Tačiau prieš 500 milijonų metų toks dirvožemis, kokį žinome šiandien, neegzistavo – tik uolos. Su uolienomis susietas 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.

Augale susidarančios gynybinės struktūros nei augalo, nei grybelio nežudo, jos tiesiog neleidžia grybeliui įsiveržti.

„Kadangi grybai gali patekti į augalą tik iš dalies, manome, kad atsiranda lūžio taškas, kai ir augalas, ir grybelis turi ką įgyti. Todėl buvo naudinga išlaikyti tokius santykius, kokie yra. Teorija, kad augalai prisijaukino grybus, kad jie galėtų kolonizuotis. žemė Ne mūsų, bet mes tiekiame pašarus, kurie palaiko šią idėją“, – sako Madsas Eggertas Nielsenas.

Galima pritaikyti žemės ūkyje

Nauji atradimai papildo svarbią augalų evoliucinės istorijos galvosūkį. Dar svarbiau, kad jais galima padaryti, kad augalai būtų atsparesni grybų atakoms, o tai yra didelė ūkininkų problema.

„Jei visi augalai ginasi vienodai, tai turėtų reikšti, kad mikroorganizmai, galintys sukelti ligas, pavyzdžiui, miltligė, geltonosios rūdys ir bulvių puvinys, rado būdą, kaip įsiskverbti, sustabdyti arba išvengti atitinkamų augalų šeimininkų apsaugos. Kaip jie tai daro. Tada bandysime perkelti gynybinius komponentus iš atsparių augalų į tuos augalus, kurie suserga, ir taip pasiekti atsparumą“, – sako Madsas Eggertas Nielsenas.

Madsas Eggertas Nielsenas dalyvauja Botanikos ir aplinkos mokslų katedros mokslinių tyrimų projekte, kuriam vadovauja Hansas Thordal-Christensenas ir remiamas Novo Nordisk fondo, kurio tikslas – padidinti pasėlių atsparumą nustatant augalų apsaugos mechanizmus, kuriuos bando ligas sukeliantys mikroorganizmai. Adresuoti. Uždaryti.

Papildomi faktai

Tyrėjai jau seniai manė, kad genai PEN1 ir SYP122 atliko specialią funkciją, susijusią su augalų perėjimu iš vandens fazės kaip dumblių į sausumos augalus, tačiau nebuvo konkrečių įrodymų, ar jie iš tikrųjų yra būtina sąlyga augalams. gynybinius pajėgumus.

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

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