Ученые, анализирующие один из крупнейших наборов геномных данных растений, обнаружили, как первые растения на Земле развили механизмы, используемые для управления водой и «дыхания» на суше сотни миллионов лет назад.
Исследование Бристольского и Эссексского университетов, 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 начала сравнили гены 532 видов растений, чтобы выяснить роль новых и старых генов в генезисе этих адаптаций. Из них команда ученых сосредоточилась на 218 генах, связанных с крупными инновациями в эволюции наземных растений, таких как корни и сосудистые ткани.
Они обнаружили, что некоторые ранние признаки, 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.
«Наш анализ проливает новый свет на генетическую основу озеленения планеты, подчеркивая различные методы генной эволюции в диверсификации растений. Исторически неясно, движут ли эволюционные инновации появлением новых генов или перепрофилированием старых. Наши результаты рассказывают нам, как растения развивались в разные моменты своей истории и как различные способы эволюции, происхождение новых генов и переработка старых способствовали появлению крупных инноваций, имеющих ключевое значение для озеленения планеты» — говорят ученые.
Исследование дает представление о механистических изменениях, лежащих в основе поглощения и транспортировки воды, которые важны для здоровья и продуктивности растений. Это позволяет ученым выбирать и изучать функцию старых, перепрофилированных и новых генов в лаборатории с целью выбора генов, которые сокращают потребление воды и улучшают устойчивость сельскохозяйственных культур к засухе.
«Наша работа не только помогает нам разобраться в прошлом, 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».