Гены, найденные у древних наземных растений, присутствуют и в современных культурах
С момента выхода на сушу растения, вероятно, используют одни и те же генетические инструменты для регуляции выбора между ростом и размножением. Это открытие сделано на печёночнике — потомке первых растений, вышедших из древних океанов на сушу.
Печёночники распространены по всему миру и напоминают мох. Мужские и женские особи отличаются уникальными зонтиковидными структурами, вырастающими из основания растения.
"Печёночники обладают максимальной эффективностью при минимальной структуре", — сказал профессор Юитиро Ватанабэ, эксперт по молекулярной биологии растений из Токийского университета.
Геном печёночника структурно проще, чем у цветковых растений, обычно используемых в лабораториях, таких как табак и резуховидка Таля (Arabidopsis). Цветковые растения эволюционно "моложе" печёночников, и дупликации генов в их геноме усложняют его изучение.
Несмотря на простоту, геном печёночника содержит все те же стадии жизненного цикла и механизмы их регуляции.
Сходства геномов
Полный геном печёночника Marchantia polymorpha был впервые секвенирован в 2017 году международной командой. Исследователи обнаружили, что даже у простого печёночника есть около 100 различных типов микроРНК — малых молекул, регулирующих активность других генов.
Около восьми микроРНК печёночника были почти идентичны известным микроРНК резуховидки Таля. Эти восемь молекул особенно интересны, поскольку эволюционные пути печёночников и резуховидки разошлись более 450 миллионов лет назад.
"Зачем их сохранять? Мы хотим знать, что делают эти общие микроРНК, и печёночники — удобная модель для исследования", — сказал Ватанабэ.
Расти или размножаться
Большинство млекопитающих рождаются с клетками, необходимыми для размножения во взрослом возрасте. Растения же формируют репродуктивные клетки только после перехода от вегетативной стадии (рост листьев, увеличение размера) к репродуктивной.
Одна из микроРНК, помогающая цветковым растениям контролировать этот переход, также входит в число восьми общих молекул. Она известна исследователям как микроРНК156/529.
Чтобы выяснить её роль, группа Ватанабэ создала генетически модифицированный печёночник, лишённый микроРНК156/529. У таких "нокаутных" растений репродуктивные клетки формировались прямо на вегетативных тканях, минуя развитие нормальных зонтиковидных структур.
"Это было удивительно. Печёночники пропустили часть репродуктивного процесса, и само тело стало репродуктивным органом", — сказал Ватанабэ.
Обнаружение одной и той же молекулы со сходной функцией у столь разных видов растений показывает, что микроРНК156/529 и связанные с ней молекулы — часть важного регуляторного модуля. Вероятно, его используют все наземные растения для контроля времени размножения.
Ватанабэ предполагает, что в будущем фермеры смогут измерять количество микроРНК156/529 в сельскохозяйственных культурах, чтобы прогнозировать время урожая.
"Мы надеемся, что наши результаты вдохновят на разработку новых приложений для управления размножением растений", — сказал он.
Исследование опубликовано в журнале Current Biology.