Согласно отчету, опубликованному в eLife, защитные механизмы, которые растения используют для распознавания и реагирования на обычного вредителя — гусеницу, возникли из одного гена, который развивался миллионы лет, сообщает портал Phys.org.
Исследование вашингтонских ученых показало, что некоторые растения, такие как соевые бобы, со временем потеряли этот защитный ген, но специалисты предполагают, что повторное введение гена (путем селекции, методами генной инженерии) может способствовать защите культуры от неурожая.
Состояние здоровья растения зависит от иммунной системы, которую оно наследует. У растений это означает наследование определенных типов рецепторов распознавания образов, которые могут определять различные патогены и пептиды и запускать соответствующий иммунный ответ.
Наследование правильных типов рецепторов распознавания образов может позволить растениям распознавать угрозы и справляться с болезнями и вредителями.
Чтобы устранить этот пробел, команда ученых решила определить ключевые эволюционные события, которые позволили растениям реагировать на общую угрозу — гусеницу. Уже было известно, что виды из группы бобовых, в том числе маш и горох черноглазый, обладают уникальной способностью реагировать на пептиды, вырабатываемые во рту гусениц, когда они прогрызают листья растений.
Ученые подробно изучили геномы этой группы растений, чтобы выяснить, изменился ли общий рецептор распознавания образов, называемый рецептором инцептина (INR), за миллионы лет, приобретя или утратив способность распознавать гусениц.
Они обнаружили, что единственный рецепторный ген возрастом 28 миллионов лет идеально соответствует иммунному ответу растений на пептиды гусениц. Они также обнаружили, что среди потомков древнейших предков растений, которые первыми развили ген рецептора, есть несколько видов, которые не могут реагировать на пептиды гусениц, то есть потеряли этот ген.
Чтобы понять, как этот древний ген приобрел способность распознавать новые пептиды современных патогенов, команда использовала метод, называемый реконструкцией наследственной последовательности, в котором они объединили информацию от всех современных рецепторных генов, чтобы предсказать исходную последовательность возрастом 28 миллионов лет. Этот наследственный рецептор был способен реагировать на пептиды гусениц. Однако немного более старая версия с 16 изменениями в последовательности рецептора не смогла.
Эта генетическая история вместе с компьютерными моделями, показывающими, как древние и современные рецепторные структуры могли отличаться, дают ключ к пониманию того, как рецептор эволюционировал. Это говорит о том, что более 32 миллионов лет назад в геном предкового растения была введена ключевая вставка нового гена, за которой последовала быстрая эволюция разнообразных форм нового рецептора. Одна из этих форм приобрела способность реагировать на пептиды гусениц, и эта новая способность теперь присуща десяткам видов бобовых-потомков.
В будущем ученые надеются узнать больше о процессах на уровне генома, которые генерируют новое разнообразие рецепторов и идентифицируют пока неизвестные иммунные рецепторы в группах растений. По мере поступления все большего количества геномных данных такие подходы позволят идентифицировать «недостающие» рецепторы, которые являются полезными признаками для повторного введения в растения, чтобы помочь защитить урожай.
