Ученые, анализирующие один из крупнейших наборов геномных данных растений, обнаружили, как первые растения на Земле развили механизмы, используемые для управления водой и транспирацией на суше сотни миллионов лет назад. Исследование Бристольского университета и Университета Эссекса, опубликованное в журнале New Phytologist, имеет важное значение для понимания того, как развивались водные транспортные системы растений и как они могут адаптироваться в будущем в ответ на изменение климата.
За последние 500 миллионов лет эволюция наземных растений поддерживала разнообразие жизни на все более зеленой планете. На протяжении всей своей эволюции растения приобрели приспособления, такие как листья и корни, что позволяет им контролировать воду и колонизировать землю. Некоторые из этих «инструментов» эволюционировали у ранних наземных растений, а сегодня их можно найти как в крошечных мхах, так и в гигантских деревьях, образующих сложные лесные экосистемы.
Исследователи из Школы естественных наук Эссекса и Школы биологических и географических наук Бристоля сначала сравнили гены 532 видов растений, чтобы выяснить роль новых и старых генов в генезисе этих адаптаций. Из них команда сосредоточилась на 218 генах, связанных с крупными инновациями в эволюции наземных растений, таких как корни и сосудистые ткани.
Они обнаружили, что некоторые ранние черты, важные для наземных растений, такие как устьица (поры, которые растения используют для «дыхания»), связаны с происхождением новых генов. Напротив, более поздние инновации (например, корни, сосудистая система) перерабатывают старые гены, возникшие у предков наземных растений, и показывают, что разные части анатомии растений (устьица, сосудистая ткань, корни), участвующие в транспорте воды, связаны с разными методы эволюции генов.
Доктор Джорди Папс, соавтор и старший преподаватель Бристольской школы биологических наук, объяснил: «Наш анализ проливает новый свет на генетическую основу озеленения планеты, выдвигая на первый план различные методы генной эволюции в диверсификации растений. Исторически неясно, движут ли эволюционные инновации появлением новых генов или перепрофилированием старых. Наши открытия говорят нам, как растения развивались в разные моменты своей истории и как разные способы эволюции, происхождение новых генов и повторного использования старых, способствовали появлению крупных инноваций, имеющих ключевое значение для экологизации планеты.
Доктор Ульрике Бехтольд, соавтор и старший преподаватель Школы естественных наук Эссекса, объясняет, что это исследование «дает представление о механистических изменениях, лежащих в основе поглощения и транспортировки воды, которые важны для здоровья и продуктивности растений. Это позволяет исследователям выбирать и исследовать функции старых, перепрофилированных и новых генов в лаборатории с целью выбора генов , которые сокращают потребление воды и улучшают устойчивость сельскохозяйственных культур к засухе».
Доктор Александр Боулз из Бристольской школы географических наук, один из соавторов исследования, добавил: «Эта работа не только помогает нам осмыслить прошлое, но и важна для будущего. Понимая, как развивались водные транспортные системы, мы можем начать понимать факторы, ограничивающие рост растений. Это имеет особое значение при рассмотрении роста сельскохозяйственных культур, а также их устойчивости к засухе».
Теги: растения
