Мхи впервые показали механизм защиты от холода, ранее известный только у цветковых растений

Группа биологов из Университетов Фрайбурга и Гёттингена (Германия) впервые продемонстрировала, что мхи обладают механизмом защиты от холода, который ранее был известен только у цветковых растений. Профессор Ральф Рески (CIBSS, Университет Фрайбурга) и профессор Иво Фойснер (GZMB, Университет Гёттингена) также показали, что этот механизм имеет независимое эволюционное происхождение: мхи и цветковые растения используют сходный механизм, основанный на работе неродственных генов. Кроме того, он защищает организмы не только от холода, но и от патогенов. В качестве модельных организмов использовались мох Physcomitrella и цветковое растение Arabidopsis. Исследование опубликовано в журнале Nature Plants.

Эволюционная адаптация к жизни на суше

Более 500 миллионов лет назад растения начали осваивать сушу. Мхи и цветковые растения эволюционно разошлись от общего предка, но обеим группам пришлось найти способы защиты от низких температур. Ключевую роль играет поддержание текучести клеточных мембран, так как при её снижении нарушаются транспортные процессы. Растения регулируют текучесть за счёт липидов мембран: чем больше в них ненасыщенных жирных кислот, тем ниже температура затвердевания мембраны.

Открытие нового регуляторного белка у мхов

Исследовательская группа идентифицировала у мхов новый белок, играющий важную роль в регуляции текучести. Он влияет на степень насыщенности жирных кислот в группе мембранных липидов — сфинголипидах. При удалении гена, ответственного за образование этого белка, растения становились более чувствительными к холоду и одновременно — более восприимчивыми к оомицетам (нитчатым организмам, родственным водорослям, которые включают возбудителей болезней растений, таких как фитофтороз).

Значение открытия и эволюционный конвергентный путь

«Сфинголипиды — важные строительные блоки для распознавания клеток и передачи сигналов у людей, животных и растений. Мы обнаружили ранее неизвестный регулятор этих сфинголипидов у мха и показали, что он функционирует и у цветкового растения. Это открывает совершенно новые возможности в синтетической биологии», — поясняет Рески.

«Наша работа показывает, что мхи и цветковые растения в ходе эволюции пошли разными путями, чтобы сходным образом регулировать текучесть мембран на холоде. Это впечатляющий пример конвергенции в эволюции растений на молекулярном уровне», — добавляет Фойснер.

Происхождение этого конкретного гена у мхов остаётся неясным. Команда также обнаружила его в геномных данных грибов, хоанофлагеллят, диатомовых водорослей и малоизученной группы одноклеточных водорослей.