Неожиданные связи: как древние водоросли раскрывают тайны наземных растений

Без растений на суше жизнь на Земле была бы невозможна. От мхов и папоротников до деревьев и трав, эти организмы не только обеспечивают нас пищей, но и служат источником древесины и корма. Интересно, что это огромное разнообразие возникло от водорослевого предка, который когда-то осваивал сушу. Успех наземных растений в такой сложной среде обитания действительно впечатляет. Быстрые изменения условий окружающей среды могут вызывать стресс, и растения разработали сложные молекулы для восприятия и реакции на эти изменения.

Исследование, которое открывает новые горизонты

Недавняя работа исследовательской группы из Геттингенского университета, опубликованная в журнале Nature Communications, сравнила водоросли и наземные растения, охватывающие 600 миллионов лет независимой эволюции. Ученые выявили общую сеть реагирования на стресс с использованием современных биоинформационных методов.

Ближайшими водорослевыми родственниками наземных растений являются нитчатые и одноклеточные конъюгирующие водоросли, известные как зигнематофиты. Эти организмы привлекли внимание исследователей, так как анализ данных о наземных растениях и зигнематофитах позволил проследить их происхождение до первых наземных растений. Одним из ключевых вопросов стало то, как эти ранние растения справлялись со стрессом.

Методология исследования

Для ответа на этот вопрос команда собрала сотни образцов из модельной системы мха и двух видов зигнематофитов, подвергнув их воздействию экологических стрессоров, характерных для суши.

Используя высокопроизводительное секвенирование активных генов и профилирование соединений, вырабатываемых мхом и водорослями в условиях стресса, исследователи получили полное представление о реакциях организмов на вызовы за несколько часов. Объединив эволюционный анализ со статистическим моделированием и методами машинного обучения, ученые предсказали общую сеть регуляции генов.

Удивительные открытия

Профессор Ян де Врис, возглавлявший исследование, отметил, что одним из самых больших сюрпризов стало то, что мы обнаружили несколько тесно связанных генов, известных как "хабы", в сети, общей для этих совершенно разных организмов, которые фактически отделились друг от друга в эволюционном плане около 600 миллионов лет назад. Эти хабы, по-видимому, связывают информацию и формируют общий сетевой ответ.

Соавтор исследования Тим Ризеберг указал, что теперь у нас есть полный набор данных о реакциях на стресс, объединяющий генетическую и биохимическую информацию, которую можно дополнительно изучить на предмет ее физиологического воздействия на все разнообразие растений.

Работа этой исследовательской группы открывает новые горизонты в понимании того, как растения адаптируются к стрессовым условиям. Эти знания могут помочь в развитии устойчивых к стрессу культур и улучшении сельского хозяйства.