Светочувствительные белки растений унаследованы от древних водорослей

Светочувствительные молекулы, которые сообщают растениям, когда прорастать, цвести и в какую сторону расти, были унаследованы миллионы лет назад от древних водорослей. К такому выводу пришло новое исследование Университета Дьюка.

Результаты являются одними из самых убедительных доказательств, опровергающих преобладающую гипотезу о том, что предки ранних растений получили красные световые сенсоры, которые помогли им выйти из воды на сушу, поглотив светочувствительные бактерии.

Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.

Растения «видят» мир через светочувствительные белки в листьях, называемые фоторецепторами. Они отслеживают изменения в направлении, интенсивности, продолжительности и длине волны света и посылают сигналы, которые говорят растениям, когда прорастать, цвести или как изгибаться, чтобы избежать тени соседей.

Группа фоторецепторных белков, называемых фитохромами, позволяет растениям обнаруживать и поглощать свет в красной и дальне-красной областях спектра — основных длинах волн, которые растения используют для фотосинтеза.

Около 20 лет назад исследователи обнаружили, что растения — не единственные организмы с фитохромами. Благодаря секвенированию ДНК, ученые начали находить похожие гены у цианобактерий. Основываясь на поразительном сходстве генов фитохромов у растений и цианобактерий, была предложена гипотеза, что растения приобрели свои фитохромы миллионы лет назад, поглотив цианобактерий. Эта идея широко принята для объяснения происхождения хлоропластов.

Однако в последние годы гены фитохромов также были обнаружены у бактерий, грибов и некоторых водорослей, что заставило пересмотреть вопрос об их происхождении.

Чтобы выяснить это, исследователи проанализировали 300 последовательностей ДНК и РНК фитохромных белков широкого спектра водорослей и наземных растений, включая папоротники, мхи, печеночники, зеленые и красные водоросли, бурые водоросли и диатомеи.

Сравнивая последовательности, ученые смогли реконструировать генетические изменения, которые претерпели эти красные световые сенсоры при передаче от одной линии к другой.

Фитохромы растений оказались более тесно связаны с водорослями, чем с цианобактериями, что подтверждает подозрения, что более ранние идеи об их бактериальном происхождении могут быть неверны.

Исследователи также обнаружили удивительно разнообразный набор фитохромов у зеленых водорослей. Это может помочь лучше понять, как растения перешли от жизни в воде к жизни на суше.

Растения, как считается, колонизировали сушу более 400 миллионов лет назад. Ранее неизвестное разнообразие фитохромов у зеленых водорослей предполагает, что водные и полуводные предки ранних растений могли поглощать и использовать длины волн света, которые современные наземные растения «видеть» не могут.

«Первые предковые водоросли, вышедшие на сушу, столкнулись бы с совершенно другой световой средой, чем в воде — гораздо больше света и в других длинах волн. Фоторецепторы сыграли ключевую роль в адаптации растений к этим меняющимся световым условиям», — пояснил Фэй-Вэй Ли.