Иммунная защита была ключевой для завоевания суши растениями

Новое исследование под руководством Хирофуми Накагами из Института селекции растений Общества Макса Планка (Кёльн, Германия) показывает, что одна из двух ветвей иммунитета растений, вероятно, эволюционировала на ранних этапах освоения растениями суши. Это понимание доисторического иммунитета растений может иметь значение для выведения более устойчивых видов.

Роль иммунитета в переходе на сушу

В процессе наземной колонизации (террестриализации) растения эволюционировали из водных организмов в наземные. Считается, что симбиотические взаимодействия с микробами были важны для этих ранних растений, вероятно, произошедших от стрептофитовых зеленых водорослей, так как улучшали усвоение питательных веществ.

Однако большинство микробов в окружающей среде недружелюбны, поэтому функционирующая иммунная система могла сыграть ключевую роль в закреплении растений на суше.

Открытие в группе мохообразных

Команда Хирофуми Накагами обнаружила, что первая линия иммунитета, характерная для многих цветковых растений и их родственников, также присутствует у второй основной группы наземных растений, включающей мхи, печеночники и антоцеротовые.

Это говорит о том, что данная ветвь иммунитета растений эволюционировала рано в ходе наземной эволюции и могла быть важна для адаптации растений к жизни на суше. Результаты опубликованы в журнале Current Biology.

Значение не-сосудистых растений для исследований

Последний общий предок наземных растений появился около 500 миллионов лет назад, после чего растения разделились на линии с проводящей системой (сосудистые) и без неё (не-сосудистые). Изучение не-сосудистых растений, таких как печеночники, может дать важные сведения об эволюции растений, поскольку у них часто присутствует только одна копия каждого гена, что упрощает изучение их функций.

Подтверждение наличия PTI у печеночников

Исследователи изучили Marchantia polymorpha (Маршанцию), вид печеночника, чтобы определить, присутствует ли у него первая линия защиты растений — иммунитет, запускаемый паттернами (pattern-triggered immunity, PTI). PTI опосредован рецепторами на поверхности клетки, которые распознают характерные молекулярные паттерны вторгающихся организмов и активируют защитные гены.

Ученые подтвердили наличие характерных ответных реакций PTI у Маршанции, обработав её веществами-активаторами. Анализ генома показал наличие рецепторов PTI. При нарушении работы двух из этих рецепторов Маршанция теряла способность запускать защитные реакции.

Выводы и перспективы

Наличие PTI у не-сосудистых растений предполагает, что он уже присутствовал у последнего общего предка всех наземных растений, то есть очень рано после выхода на сушу. Это также означает, что все сосудистые растения обладают этой способностью. Следовательно, стратегии, направленные на усиление PTI (например, перенос генов), могут быть широко эффективны для всех растений, включая сельскохозяйственные культуры.

«Понимание происхождения и эволюции иммунной системы растений может дать нам новые идеи для разработки универсальных технологий защиты растений», — отметил Хирофуми Накагами.