Генетическая система, обеспечивающая выживание растений

Источник: Physorg

Появление первых наземных растений — это ключевой этап эволюции жизни на Земле. Но точные обстоятельства перехода растений из океана на сушу до сих пор не были объяснены. Группа ученых из японского научно-исследовательского центра RIKEN идентифицировала крупный набор генов растений, контролирующий два фундаментальных свойства, необходимых для выживания наземных растений. Г-н Таку Демура и его коллеги выяснили, какие гены управляют структурной поддержкой растений и транспортировкой воды внутри них. У высших растений развитие водопроводных клеток и структурных волокон регулируется группой генов под общим названием NAC. Эти гены участвуют в образовании прочных вторичных клеточных стенок, обеспечивающих механическую устойчивость стеблей и листьев. Также гены из семейства NAC запускают программируемую смерть части клеток, после чего в растении остаются полые трубы для транспортировки воды.

Г-н Демура и его команда в сотрудничестве с учеными Института науки и технологии Нара изучили одно из самых ранних наземных растений — мох Physcomitrella patens. Исследователи выявили восемь генов в семье генов PpVNS, которые выполняют функции, аналогичные кластеру NAC у высших растений. Как отмечает г-н Демура, кластер генов NAC имеется у всех наземных растений, но не встречается в водорослях или бактериях. При этом в примитивных печеночных мхах (отдел Marchantiophyta) имеется только один такой ген. Ученые предполагают, что дублирование генов происходило на раннем этапе эволюции наземных растений. Анализ экспрессии генов PpVNS в P. Patens показал, что большинство из них сильно выражены в тканях жилок листьев, включающих водопроводные и структурные клетки. Чтобы исследовать функции генов PpVNS, ученые создали мутантные растения, лишенные трех генов.

Мутанты показали плохую организацию водного транспорта, были склонны к раннему увяданию. Также в растениях не хватало нормальных водопроводных и структурных клеток, что показывает важность генов для их образования. С другой стороны, повышенная экспрессия генов PpVNS стала причиной чрезмерной гибели водопроводных клеток. Все это показывает, что гены PpVNS играют ту же роль, что и гены NAC у высших растений. Важно отметить, что гены PpVNS регулировать одни и те же семьи нижестоящих генов и у P. Patens, и у высших растений. Это указывает на общее, древнее эволюционное происхождение систем NAC и PpVNS. Для получения точных данных об эволюционном происхождении этих генных кластеров потребуется геномная информация о других мхах и водорослях. Тем не менее, результаты исследования группы Демура уже подчеркивают важность систем NAC и PpVNS в жизни первых растений, колонизировавших Землю.