Геномы роголистника дают подсказки о том, как растения завоевывали сушу

Фото из открытых источников

Более 450 миллионов лет назад растения начали эпический переход из воды на сушу. Среди первых пионеров были предки скромных роголистников, группы небольших, неприметных растений, которые сохранились до наших дней. Новые исследования раскрывают понимание генетических чертежей роголистников, раскрывая захватывающие подробности об эволюции растений и первых днях жизни на суше.

«Мы начали с расшифровки геномов десяти видов роголистников, представляющих все известные семейства в этой уникальной группе растений», — сказал соавтор исследования Питер Шафран из Института Бойса Томпсона (BTI). «То, что мы обнаружили, было неожиданным: роголистники сохранили удивительно стабильные хромосомы, несмотря на то, что развивались отдельно на протяжении более 300 миллионов лет».

В отличие от многих растений, роголистники не испытали дупликации всего генома (когда весь генетический материал организма дублируется). Это отсутствие дупликации привело к стабильным «аутосомам» — хромосомам, содержащим большую часть генетического материала организма, — которые остались относительно неизменными у роголистников, несмотря на их глубокую эволюционную историю.

Однако не все части генома роголистника настолько статичны. Исследование выявило наличие «дополнительных хромосом» — дополнительного генетического материала, который не является необходимым для выживания, но может обеспечить дополнительные преимущества. Эти дополнительные хромосомы гораздо более динамичны, быстро развиваются и варьируются даже в пределах отдельных растений. Кроме того, международная группа исследователей выявила потенциальные половые хромосомы у некоторых видов, проливая свет на эволюцию репродуктивных стратегий растений.

Исследование, недавно опубликованное в Nature Plants, также дало представление о конкретных признаках растений. Например, исследователи обнаружили новую информацию о генах, участвующих в производстве флавоноидов (пигментов, защищающих от УФ-излучения), формировании устьиц (крошечных пор, регулирующих газообмен) и гормональной сигнализации. Эти результаты помогают уточнить наше понимание того, как ранние наземные растения адаптировались к своей новой, сложной среде.

Обширное генетическое исследование роголистников в рамках исследовательского проекта делает их наиболее тщательно секвенированной группой растений относительно общего числа их видов.

Создав комплексный набор данных «pan-phylum» для роголистников, исследовательская группа разработала ресурс, который поможет ученым понять, как развивалась жизнь на Земле. Он дает представление о том, как растения могут адаптироваться к будущим экологическим вызовам, и может послужить основой для усилий по созданию более устойчивых культур.

«Наше исследование демонстрирует важность изучения разнообразных организмов, а не только известных модельных видов», — сказал ведущий автор исследования Фэй-Вэй Ли. «Расширяя наши знания о роголистниках, мы получаем более полную картину эволюции растений и невероятного разнообразия жизни на нашей планете».