Ген развития корней оказался старше, чем сами корни

Ген, регулирующий развитие корней у сосудистых растений, также участвует в развитии органов у печеночных мхов — настолько древних наземных растений, что у них даже нет настоящих корней. Открытие, сделанное в Университете Кобе, подчеркивает фундаментальную эволюционную динамику: сначала развивается механизм, а затем он используется для другой цели.

Когда ученые обнаруживают, что ген необходим для развития какого-то признака, они быстро задаются вопросом, с каких пор этот ген был задействован в этом процессе и как эволюция гена способствовала развитию признака. Биолог растений из Университета Кобе Фукаки Хидехиро рассказывает: «Моя группа ранее обнаружила, что ген под названием RLF необходим для развития боковых корней у модельного растения Arabidopsis thaliana, но было совершенно новым, что группа генов, к которой принадлежит RLF, участвует в развитии органов растения. Поэтому мы хотели узнать, участвует ли эквивалент этого гена в других растениях в аналогичных процессах».

Фукаки обратился к самой простой модели наземного растения, которую он смог найти, — маршанции Marchantia polymorpha. У этого мха даже нет корней, способных извлекать воду или питательные вещества из почвы, но у него есть своя версия гена RLF. Используя этот организм, биолог Университета Кобе изучил работу его гена RLF и то, сопоставима ли его функция в клетке с версией гена арабидопсиса.

В журнале New Phytologist ученые опубликовали данные о том, что у печеночных мхов, лишенных RLF, наблюдаются серьезные деформации различных органов, что свидетельствует о том, что RLF участвует в развитии органов и у этих основных наземных растений. Они даже смогли показать, что ген арабидопсиса может выполнять свою функцию во мхе, а ген печеночного мха — в арабидопсисе. «Это показывает, что два гена функционально взаимозаменяемы как участники развития органов», — объясняет Фукаки.

Ген RLF производит белок, который относится к обширной группе гем-связывающих белков, а это значит, что он может связывать молекулу под названием «гем», которая участвует в переносе энергии внутри клетки. Фукаки говорит: «Учитывая, что не было известно, что гем-связывающие белки участвуют в развитии органов у растений, еще одним важным моментом нашего исследования является то, что мы показали, что белок RLF действительно связан с гемом, как у маршанции, так и у арабидопсиса».

Ученые ожидают, что изучение того, как белок RLF взаимодействует с другими белками, прояснит эволюцию развития органов растений. Фукаки добавляет: «Тот факт, что RLF играет важную роль в развитии органов, по крайней мере, с момента появления наземных растений, является примером того, как эволюция часто использует существующие механизмы для новых функций, например, для развития корней, которые появились только после того, как печеночные мхи отделились от других наземных растений».

[Фото: FUKAKI Hidehiro / Kobe University]