Генетическая система, найденная у всех наземных растений, контролирует развитие структур, необходимых для выживания

Колонизация суши первыми наземными растениями была ключевым этапом в эволюции жизни на Земле. Таку Демура и его коллеги из RIKEN Center for Sustainable Resource Science внесли вклад в идентификацию важного набора генов растений, контролирующих два фундаментальных свойства, необходимых для наземной жизни: структурную опору и транспорт воды.

У высших растений группа NAC-генов контролирует развитие водоносных клеток и структурных волокон. Эти гены участвуют в построении толстых, прочных вторичных клеточных стенок для механической прочности и в запуске программируемой смерти водоносных клеток, что оставляет функциональные полые трубы.

Исследователи изучили мох Physcomitrella patens как пример одной из самых ранних линий наземных растений. Они идентифицировали восемь генов в семействе PpVNS, гомологичных NAC-кластеру у высших растений. "NAC-гены найдены у всех наземных растений, но не у водорослей, животных или бактерий", — отмечает Демура. Примитивные печёночники имеют только один такой ген, что предполагает быструю дупликацию генов на ранних этапах эволюции наземных растений.

Изучая экспрессию генов PpVNS в P. patens, исследователи обнаружили, что большинство из них сильно экспрессировались в средней жилке листа — ткани, включающей аналог водоносных и структурных клеток мха. Чтобы изучить функцию генов PpVNS, они создали тройные мутанты, лишённые трёх из этих генов. Мутанты демонстрировали плохой транспорт воды, были склонны к увяданию и не имели нормальных водоносных и структурных клеток, что показало ключевую роль генов PpVNS в развитии этих типов клеток. Напротив, усиленная экспрессия генов PpVNS вызывала гибель клеток, что указывает на их роль и в смерти водоносных клеток, как и NAC-гены у высших растений.

Важно, что гены PpVNS регулируют те же семейства нижележащих генов как у P. patens, так и у высших растений, что указывает на общее древнее эволюционное происхождение систем NAC и PpVNS.