Naukowcy odkryli dwa geny u roślin niezbędne w kolonizacji Ziemi 470 milionów lat temu

Naukowcy z Uniwersytetu w Kopenhadze zidentyfikowali dwa geny, które były kluczowe dla roślin lądowych przy ich wejściu na ląd. Geny te, odpowiedzialne były za ochronę roślin przed atakiem grzybów. Specjalny mechanizm obronny najprawdopodobniej otworzył drogę do opanowania powierzchni Ziemi przez rośliny.

Ewolucja roślin jakie znamy, zaczęła się około 500 mln lat temu od glonów żyjących w wodzie. Największą przeszkodzą życia na lądzie były wówczas dla nich grzyby.

Według Madsa Eggerta Nielsena i jego kolegów z Wydziału Nauk o Roślinach i Środowisku oraz Uniwersytetu Paris-Saclay, swoisty mechanizm obronny tworzyły geny PEN1 i SYP122. Współdziałając mogą tworzyć rodzaj "wtyczki" w roślinach, która blokuje atak grzybów i organizmów grzybopodobnych.

- Odkryliśmy, że jeśli zniszczymy te dwa geny w naszym modelowym rzodkiewniku (Arabidopsis), otworzymy drzwi dla patogennych grzybów do penetracji rośliny. Odkryliśmy, że są one (geny) niezbędne do utworzenia tej przypominającej ścianę komórkową wtyczki, która broni roślinę przed grzybami. Co ciekawe, wydaje się, że jest to uniwersalny mechanizm obronny, który znajduje się we wszystkich roślinach lądowych - mówi Mads Eggert Nielsen.

Zespół naukowy przetestował tę funkcję na wątrobowcach, bezpośrednim potomku jednej z pierwszych roślin lądowych na Ziemi. Okazało się, że i one posiadają "ochronne geny", zatem dwie rodziny roślin (Arabidopsis i wątrobowce), które ewoluowały, w różnych kierunkach, już od 450 mln lat, nadal mają wspólne funkcje genetyczne. Zatem można sądzić, że te dwa geny były fundamentem dla roślin w trakcie ich zasiedlania Ziemi.

Grzyby w czasach prehistorycznych stanowiły przeszkodę dla roślin w ich przejściu od stadium morskich glonów do stadium roślin lądowych. Przedostanie się roślin na ląd było sukcesem, ale istniało kolejne wyzwanie - zdobycie składników odżywczych niezbędnych do funkcjonowania.

Jak mówi Nielsen: - Rozpuszczone składniki odżywcze, takie jak fosfor i azot, są łatwo dostępne dla roślin w środowisku wodnym. Ale 500 milionów lat temu gleba, jaką znamy dzisiaj, nie istniała - były tylko skały. A składniki odżywcze związane ze skałami są niezwykle trudne do zdobycia dla roślin. Ale nie dla grzybów. Z drugiej strony grzyby nie mogą wytwarzać węglowodanów - dlatego spożywają rośliny. Uważa się, że w tym miejscu powstał symbiotyczny związek między roślinami i grzybami, który następnie stał się podstawą eksplozji ziemskiego życia roślinnego w tym okresie.

Według najnowszych badań, mechanizm obronny bazujący na zidentyfikowanych genach, nie zabija grzybów, chroni tylko roślinę przed ich "inwazją". Jak dodaje Mads Eggert Nielsen: - Ponieważ grzyb może uzyskać tylko częściowe wejście do rośliny, uważamy, że powstaje punkt krytyczny, w którym zarówno roślina, jak i grzyb mają coś do zyskania. Dlatego korzystne było utrzymanie relacji w obecnym kształcie. Teoria, że rośliny oswoiły grzyby w celu kolonizacji ziemi, nie jest nasza, ale dostarczamy dane, które wspierają tę ideę.

Otrzymane dane można wykorzystać do zwiększenia odporności upraw na ataki grzybów. Grzyby stanowią bardzo poważny problem w obecnym rolnictwie.

Najprawdopodobniej choroby takie jak, mączniak prawdziwy, żółta rdza, czy pleśń ziemniaczana, znalazły sposób na wkradanie się, wyłączanie lub unikanie mechanizmu obronnego roślin. Wiedząc, w jaki sposób to robią, naukowcy będą w stanie lepiej chronić rośliny.

Artykuł został opublikowany w czasopiśmie naukowym eLife.