Исследователи обнаружили эволюционное происхождение редокс-регуляции у растений

Международная исследовательская группа из Института общей микробиологии Кильского университета (CAU) и Института науки Вейцмана в Израиле нашла доказательства того, что редокс-регуляция в метаболизме растений имеет свое происхождение в двух последовательных событиях пластидного эндосимбиоза. Результаты работы, поддержанной кластером передового опыта «Будущий океан», опубликованы в журнале Nature Plants.

• Контекст: Развитие пластид (место фотосинтеза) из цианобактерий дало растительной клетке способность производить энергию из солнечного света. Однако это привело к необходимости реагировать на образование высокореактивных побочных продуктов — радикалов.
• Редокс-регуляция — это уникальный механизм контроля, позволяющий клеткам ощущать уровень свободных радикалов и использовать эту информацию для регуляции своей метаболической активности.

Ход исследования:

Для изучения эволюционного происхождения редокс-регуляции ученые сравнили редокс-регулируемую белковую сеть диатомовой водоросли Phaeodactylum tricornutum с организмами других типов. Эта диатомея, как эволюционно простая форма жизни, уже обладает чертами более высокоразвитых организмов и способна к фотосинтезу.

Ключевое открытие:

Развитие редокс-регуляции у высших организмов совпало с процессом многостадийного пластидного эндосимбиоза. Сравнение с белковыми последовательностями различных организмов-предшественников показало, что внезапное увеличение встречаемости редокс-регулируемых белков произошло у предшественников диатомей одновременно с поглощением первых пластид.

• Редокс-чувствительные белки меняют свои биохимические характеристики при контакте с радикалами, позволяя организму адаптировать метаболизм к изменяющимся условиям среды.
• «Мы смогли наблюдать, что белки, ответственные за метаболизм в развитии сложных растительных организмов, всегда менялись, когда добавлялись новые клеточные органеллы», — подчеркивает ведущий автор исследования доктор Кристиан Вёле.

Механизм приобретения:

Способность к редокс-регуляции была приобретена диатомеями через переход генетической информации из приобретенных пластид в геном принимающего организма. Ученые выяснили, что более половины генов, вовлеченных в редокс-регуляцию, происходят от одноклеточных организмов, в данном случае — цианобактерий.

Значение:

Это наблюдение подтверждает теорию о том, что способность клетки к редокс-регуляции развилась через эндосимбиотический перенос генов, заложив основу для развития высших растений.

«Наши результаты позволяют заглянуть в эволюционную адаптацию жизни к фотосинтетическому производству энергии и требуемым расширенным механизмам регуляции растительной клетки. Они помогают нам лучше понять реакцию разных организмов на долгосрочные изменения условий их жизни», — резюмирует соавтор работы профессор Таль Даган.