Расшифрован геномный код древнейших наземных растений

Международная исследовательская группа под совместным руководством вычислительного биолога Яньбиня Иня из Университета Небраски-Линкольн расшифровала геномные последовательности водорослей Zygnema — ближайших современных родственников наземных растений. Это позволило пролить свет на эволюционный переход растений к жизни на суше около 550 миллионов лет назад.

Исследование опубликовано 1 мая в журнале Nature Genetics.

Ключевые моменты исследования

• Объект изучения: Впервые секвенированы геномы четырех штаммов многоклеточных зеленых водорослей рода Zygnema (класс Zygnematophyceae). Ранее были доступны геномы только для одноклеточных представителей этого класса.

• Эволюционное значение: Zygnematophyceae — ближайшие современные родственники всех наземных растений (Embryophyta). Их изучение отвечает на фундаментальный вопрос, как первые растения эволюционировали из пресноводных водорослей.

• Методология: Ученые использовали комплекс современных методов секвенирования ДНК, чтобы впервые для этой группы водорослей получить полные геномы на уровне целых хромосом. Для преодоления технических сложностей, связанных со слизистым слоем (муцилажем) вокруг клеток, был разработан новый эффективный метод экстракции ДНК.

• Основные открытия:

  • В геномах обнаружено значительное увеличение количества генов, связанных с ферментами клеточной стенки, передачей сигналов и реакцией на факторы окружающей среды.
  • Сетевой анализ генов выявил ко-экспрессию генов, особенно тех, что отвечают за синтез и ремоделирование клеточной стенки. Эти гены были расширены и приобретены последним общим предком наземных растений и Zygnematophyceae.
  • Исследование раскрывает глубокие эволюционные корни механизма, который балансирует между ответом на среду и многоклеточным ростом.

Значение работы

• Фундаментальная наука: Работа дает ценнейший геномный ресурс для всего научного сообщества, изучающего растения, и помогает понять «правила жизни», лежащие в основе перехода к наземному существованию.
• Прикладной потенциал: Открытия имеют значение для прикладных областей, таких как биоэнергетика (использование лигноцеллюлозы), устойчивое управление водными ресурсами и секвестрация углерода.
• Международное сотрудничество: В проекте участвовали около 50 ученых из 20 исследовательских институтов восьми стран (США, Германия, Франция, Австрия, Канада, Китай, Израиль, Сингапур).