На протяжении всей эволюции растения постоянно приспосабливались к выживанию в меняющихся условиях. Помимо сложных структурных изменений, растения также разработали стратегии защиты от травоядных, включая более жесткие клеточные слои, шипы и химические отпугивающие вещества. Углубляясь в эволюцию защитных механизмов, исследовательская группа под руководством доцента Макото Ширакавы из Нарского института науки и технологий (NAIST) обнаружила удивительную генетическую адаптацию у растений семейства Капустные (Brassicale), сообщает научное издание EurekAlert!. У этих крестоцветных растений — капусты, горчицы и васаби — гены, первоначально использовавшиеся для газообмена, были перепрофилированы для защиты.
Ученые раскрыли уникальный механизм, лежащий в основе этой эволюционной адаптации. Результаты работы были опубликованы в журнале Nature Plants.
Согласно исследованию, FAMA, белок, отвечающий в основном за регулирование экспрессии генов для газообмена, выполняет у крестоцветных растений двойную роль. Помимо контроля над устьицами (крошечными порами для газообмена), FAMA также помогает производить клетки мирозина — специализированные структуры, хранящие соединения горчичного масла. Когда растение повреждается, эти соединения создают резкий, острый вкус, который отпугивает травоядных.
«Мы выявили особый ген под названием WASABI MAKER (WSB), который напрямую активируется FAMA и является ключевым фактором для развития клеток мирозина», — делится доктор Ширакава. «Когда мы исследовали растения без WSB, то обнаружили, что эти защитные клетки не образуются, что подтверждает его важную роль в производстве клеток мирозина».
Кроме того, исследователи выявили еще один ген под названием STOMATAL CARPENTER 1 (SCAP1), который также является мишенью для FAMA. Этот ген взаимодействует с WSB в регуляции развития защитных клеток, но его роль в образовании клеток мирозина, по-видимому, вторична.
Эволюционный анализ позволяет предположить, что эти генетические пути первоначально помогали регулировать развитие устьиц, но затем были перепрофилированы на защиту у Brassicales. «Эта работа особенно интересна, потому что она показывает, как изменение генов позволяет растениям разрабатывать новые стратегии выживания без появления совершенно новых генов», — добавляет соавтор исследования Тоширо Ито.
Это замечательное открытие дает перспективные пути для повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Модификация ключевых генетических регуляторов, таких как FAMA, может помочь усилить химическую защиту сельскохозяйственных культур и овощей, избегая поражения вредителями. Кроме того, поскольку FAMA также контролирует газообмен, его можно оптимизировать для эффективного поглощения углекислого газа в растениях.
В дальнейшем исследователи намерены раскрыть механизм того, как растения эволюционировали, чтобы производить такой разнообразный спектр специализированных клеток. Доктор Ширакава заключает: «Помимо того, что мы предлагаем новые идеи для стратегий улучшения сельскохозяйственных культур, наша работа поможет ответить на один из фундаментальных вопросов биологии: как растениям удалось достичь такого разнообразия при ограниченном количестве генов?»
[Фото: ru.123rf.com]
