Генетическая мутация может помочь объяснить появление первых наземных растений

Аспирант, работавший в Иудейской пустыне, обнаружил ген, который может частично объяснить, как водные растения колонизировали сушу.

Госян Чэнь, докторант Института эволюции Хайфского университета, нашёл этот ген в диком ячмене более десяти лет назад. Теперь он идентифицировал мутацию этого гена, которая способствует формированию кутикулы — защитного слоя, помогающего растению удерживать воду. Без кутикулы растение теряло бы всю воду и не могло бы выжить на воздухе. Чэнь назвал мутацию Eibi1 в честь своего научного руководителя в Хайфе, Эвиатара Нево.

По словам Нево, Eibi1, вероятно, является одним из многих генов, которые могли способствовать способности растения жить вне воды.

«Ген Eibi1 вовлечён в эволюционный переход от воды к суше, — сказал Чэнь. — Задействовано много генов. Но мы не знаем, сколько их и какие они именно. Ответить на этот вопрос после дальнейших исследований было бы очень интересно».

Первые формы жизни на Земле — сине-зелёные водоросли — появились около 3,5 млрд лет назад в океанах. Растения, способные производить кислород посредством фотосинтеза, появились миллиард лет назад и создали кислородную атмосферу, но на это ушли сотни миллионов лет. Около 600 млн лет назад зелёные водорослевые растения начали перемещаться в пресную воду. Они могли выйти на сушу около 400 млн лет назад, когда некоторые водоёмы пересохли. Растения с генами, защищающими от потери воды, совершили бы этот переход легче, чем те, у которых их не было.

Исследование Чэня началось, когда он обнаружил в пустыне форму дикого ячменя, которая была значительно меньше обычного. Ген, который он обнаружил в 2000 году у этого мелкого растения без кутикулы, был частично ответственен за неспособность растения удерживать воду, что объясняло его плохую выживаемость в засушливых условиях.

После защиты докторской диссертации Чэнь продолжил работу в Японии, где картировал и клонировал ген Eibi1.

В свежей публикации в Proceedings of the National Academy of Sciences команда сообщила об альтернативной форме гена — аллеле, — которая помогает обычному растению вырабатывать кутин. Это вещество, выделяемое клетками кожицы растения, защищает от потери воды, что необходимо для выживания на воздухе.

Учёный Рафаэль Рубио де Касас отметил, что этот ген мог сыграть роль, но он был бы одним из многих.

«Удержание воды было бы одним из свойств, которые помогли растениям колонизировать сушу, — сказал Рубио де Касас. — Эта мутация, вероятно, действительно влияет на формирование кутикулы, что может быть важно для удержания воды, хотя, конечно, неясно, присутствовал ли этот конкретный ген с той же функцией у древних растений».

Ячмень произошёл от злаков и был первым одомашненным растением на Ближнем Востоке, что объясняет, почему его древняя форма была найдена в Иудейской пустыне. Самые ранние свидетельства одомашнивания ячменя датируются 8500 г. до н.э. у восточного побережья Средиземного моря.

По словам Эвиатара Нево, это открытие имеет значение для борьбы с голодом, поскольку учёные в будущем смогут усилить способность ячменя и пшеницы противостоять засухе, увеличивая урожайность.