4億7000万年前に地球に植民地化した植物の2つの重要な遺伝子が特定されました

研究者たちは、植物の生命が地球上でどのように発生したかについて新たな光を当てました

からの研究者 コペンハーゲン大学 それは、植物の生命が私たちの惑星の表面でどのように始まったかに新しい光を当てました。 具体的には、陸生植物が菌類による攻撃から身を守るために2つの遺伝子が必要であることを示しました。これは4億7000万年前にさかのぼる防御機構です。 これらの防御は、すべての陸生植物の生命への道を開いた可能性があります。

コペンハーゲン大学の生物学者、MadsEggertNielsen氏。

植物は、水生藻類から約5億年前に地球上で生き残る能力へと進化し、地球上の生命の基盤を築きました。 この劇的な変化を非常に困難にした障害の1つは、真菌でした。

1億年前、海から洗い流された死んだ藻類に見られる可能性が最も高い食物を求めて、菌類が地球の表面を横切って忍び寄ったと推定されています。 ですから、あなたが新しい植物として地上に定着しようとしていて、最初に遭遇するのがあなたを食べる真菌である場合、何らかの防御メカニズムが必要です」と、コペンハーゲン大学植物環境科学部。

Mads Eggert Nielsenと、植物環境科学部およびパリ大学スクレイ校の研究者によると、この防御メカニズムのコアは、PEN1とSYP122の2つの遺伝子に絞り込むことができます。 一緒に、それらは菌類および菌類のような有機体の侵入を防ぐ植物の一種の構成要素を形成するのを助けます。

「シロイヌナズナのモデルでこれら2つの遺伝子を破壊すると、病原菌が侵入する扉が開かれることを発見しました。これらは、真菌から保護するこの細胞壁のようなプラグの形成に不可欠であることがわかりました。興味深いことに、これは、すべての陸生植物に見られる防御メカニズムの普遍性のようです」と、Science誌に掲載されたこの研究の上級著者であるMadsEggertNielsenは述べています。 eLife。

私は4億7000万年前の工場で育ちました

研究チームは、地球上で最初の陸上植物の1つの直系の子孫である苔類で同じ機能をテストしました。 苔類の2つの一致する遺伝子を取り、それらをクロイソスに挿入することによって、研究者はそれらが同じ効果を決定できるかどうかを調べました。 答えはイエスでした。

シロイヌナズナモデルクレジットの実験：Mads Eggert Nielsen

「シロイヌナズナと苔類が属する2つの植物ファミリーは、4億5000万年前に異なる方向に進化しましたが、遺伝的機能を共有し続けました。この遺伝子ファミリーは、この防御メカニズムを管理するという独自の目的で生まれたと考えられます。地面に定着するための植物の基盤の1つです」とMadsEggertNielsenは言います。

植物と菌類の共存

菌類は、海藻から陸生植物への移行における植物の障害でしたが、それらも前提条件でした。 Mads Eggert Nielsenは、植物が地球上でそれらを食べようとしている菌類の攻撃に耐えることができたら、彼らが直面した次の問題は栄養素を見つけることであったと説明します。

水生環境の植物は、リンや窒素などの溶存栄養素に簡単にアクセスできます。 しかし、5億年前、今日私たちが知っている土壌は存在せず、岩だけでした。 岩に結合した栄養素は、植物が入手するのが非常に困難です。 しかし、菌類ではありません。 一方、菌類は炭水化物を生産することができません-それが彼らが植物を消費する理由です。 ここで植物と菌類の共生関係が生まれたと考えられており、この時期に陸生植物が爆発的に爆発した。

植物に形成される防御構造は、植物や菌類を殺すことはなく、菌類の侵入を防ぐだけです。

「きのこは植物に部分的にしか侵入できないため、植物と菌類の両方が何かを得るという転換点が生じると考えています。したがって、関係を維持することは役に立ちました。植物が菌類を飼いならしてコロニーを形成するという理論土地私たちのものではありませんが、私たちはこのアイデアをサポートする飼料を提供しています」とマッドエガートニールセンは言います。

農業に応用できます

新しい発見は、植物の進化の歴史のパズルに重要な部分を追加します。 さらに重要なことに、それらを使用して、農民にとって大きな問題である真菌の攻撃に対して作物をより耐性にすることができます。

「すべての植物が同じように防御する場合、これは、うどんこ病、黄さび病、ジャガイモ腐敗病などの病気を引き起こす可能性のある微生物が、それぞれの宿主植物の防御に浸透、停止、または回避する方法を見つけたことを意味するはずです。知りたいのですが、どうやってそれを行うのでしょうか。それから、耐性のある植物から病気にかかった植物に防御成分を移し、抵抗力を発揮させようとします」とマッド・エガート・ニールセンは言います。

Mads Eggert Nielsenは、Hans Thordal-Christensenが主導し、Novo Nordisk Foundationが支援する植物環境科学部門の研究プロジェクトに参加しています。このプロジェクトは、病気の原因となる微生物が試みている植物の防御メカニズムを特定することで、作物の耐性を高めることに重点を置いています。対処する。 近い。

追加の事実

研究者たちは、PEN1およびSYP122遺伝子が、藻類としての水生相から陸生植物への植物の移行に関して特別な機能を果たしていると長い間考えてきましたが、それらが実際に植物の前提条件であるかどうかについての具体的な証拠はありません。 防御能力。

以前の研究では、PEN1遺伝子を破壊することにより、植物はうどんこ病から身を守る能力を失うことが示されています。 しかし、密接に関連する遺伝子SYP122が破壊されても、何も起こりません。 新しい研究結果は、2つの遺伝子が一緒になって植物の防御機構の重要な鍵を構成することを示しています。

参照：「植物SYP12構造は、線虫病原体に対する進化的に保存された一般的な免疫を仲介します」Hector M Rubiato、Mingqi Liu、Richard J O’Connell、Mads E. Nielsen、2022年2月4日、ここで入手可能。 eLife。
DOI：10.7554 / eLife.73487