Древний генетический переключатель, позволяющий растениям расти, адаптироваться и выживать

Учёные из Университета Монаша обнаружили у наземного растения ген, который может объяснить, как растения впервые эволюционировали способность к непрерывному росту. Этот ключевой признак позволил им колонизировать сушу и сформировать жизнь на Земле.

Исследование, опубликованное в Current Biology, сосредоточено на печёночнике Marchantia polymorpha, чьи предки отделились от цветковых растений более 400 миллионов лет назад.

Несмотря на скромные размеры, это растение содержит генетический механизм, который, по-видимому, был критически важен для ранней эволюции наземных растений. Ген MpARF2 действует как главный регулятор стволовых клеток, отвечающих за постоянный рост.

Как ген MpARF2 регулирует рост

По словам исследователей, MpARF2 создаёт в растении защитную зону, где рост может безопасно координироваться, ограждая стволовые клетки от сигналов, которые в противном случае стимулировали бы их дифференцировку.

"Пулы стволовых клеток создают меристемы, из которых происходят все органы растений, — сказал ведущий автор работы доктор Эдуардо Флорес-Сандовал. — Эволюция меристем позволила растениям расти направленно в ответ на сигналы среды, такие как свет и гравитация. Это было важно, поскольку они буквально привязаны к одному месту".

Исследование также показало, что MpARF2 играет двойную роль: не только блокирует чувствительность к гормону ауксину (который стимулирует дифференцировку), но и способствует локальной выработке самого ауксина. Эта система обратной связи позволяет растению одновременно производить и сопротивляться сигналам роста в зависимости от локации.

Значение для эволюции растений и сельского хозяйства

"Это красивый, простой и элегантный механизм, — отметил старший автор статьи профессор Джон Боуман. — Стволовые клетки производят сигнал (ауксин), но невосприимчивы к его эффектам благодаря MpARF2. Таким образом, они действуют как организатор, который инструктирует соседние клетки начать путь дифференцировки.

Вероятно, этот механизм был ключевым новшеством у самых ранних наземных растений. Меристемы позволяли направленный рост в ответ на средовые сигналы и могли регенерировать, если исходные меристемы были съедены травоядными".

Эти результаты углубляют понимание эволюции растений и могут иметь значение для современного сельского хозяйства и устойчивости к изменению климата, особенно для создания культур с улучшенной регенерацией или реакцией на стресс.