Разгадана главная загадка ботаники: белок, изменивший Землю

Вы когда-нибудь задумывались, как растения научились использовать солнечный свет для создания энергии? Исследование, проведенное биологами-эволюционистами из Университета Торонто, проливает свет на этот вопрос, раскрывая секрет белка, который появился около 500 миллионов лет назад и стал ключевым в процессе фотосинтеза.

Открытие, меняющее представление о растениях

Статья описывает, как белок, известный как шикимат-киназа 1 (SKL1), сыграл важную роль в переходе растений из водной среды на сушу. Это открытие открывает новые горизонты для разработки устойчивых гербицидов и повышения продовольственной безопасности.

Исследование показало, что белок SKL1 присутствует во всех наземных растениях, но отсутствует у водорослей и других организмов. Он произошел от фермента шикимат-киназы и отвечает за формирование хлоропластов, необходимых для фотосинтеза.

Ведущий автор исследования, Майкл Канарис, подчеркивает, что один из фундаментальных вопросов, который мы изучаем, заключается в том, какие события способствовали выходу простых водных организмов на сушу?.

Эволюция и адаптация

Канарис работал над проектом совместно с профессором Динешем Кристендатом, который исследует эволюцию новых функций белков. Они обнаружили, что ошибки в репликации ДНК могут приводить к появлению новых функций у белков, что позволяет организмам адаптироваться к изменениям окружающей среды.

Примером этого служит белок SKL1, который у цветковых растений, появившихся около 130 миллионов лет назад, стал необходимым для нормального фотосинтеза. Исследования показали, что цветковые растения без SKL1 становятся альбиносными и отстают в росте.

Эксперимент с печёночниками

Чтобы глубже понять эволюцию наземных растений, ученые использовали редактирование генома CRISPR для изучения функции SKL1 у печёночников обыкновенных, одних из первых наземных растений. В результате эксперимента, когда SKL1 был внедрен в альбиносное цветковое растение, появились сеянцы с зелеными листьями и восстановленными хлоропластами.

"Мы были поражены, потому что печеночники — очень древний вид растений. Функция SKL1 не только сохранилась на протяжении 500 миллионов лет, но и необходима для их существования на суше", — говорит эксперт.

Перспективы исследований

Исследователи подчеркивают, что, хотя все наземные растения имеют белок SKL1, его предшественники в водной среде имели только исходный белок SK. Это открытие дает надежду на улучшение методов выращивания сельскохозяйственных культур и создание новых гербицидов, которые будут более эффективными и безопасными.

Определенные домены белка SKL1 различаются у разных растений, поэтому можно целенаправленно воздействовать на SKL1 конкретных растений, чтобы обеспечить безопасность и устойчивость сельского хозяйства.