Спаржа и орхидеи похожи больше, чем кажется: создан справочный каталог клеточных стенок 287 видов растений
Исследование клеточных стенок растений — их «скелетов» — позволило раскрыть состав листьев и стеблей. Учёные Копенгагенского университета создали обширный «справочный каталог» состава клеточных стенок 287 видов, широко представляющих всё царство растений.
«Цветковые растения адаптировались к самым негостеприимным условиям на Земле отчасти благодаря конструкции своих клеточных стенок. Они обеспечивают механическую структуру и транспорт воды. Клеточные стенки состоят из множества различных углеводов, каждый с уникальной структурой и функцией — как строительные блоки», — говорит ботаник Луиза Исагер Ахл.
Хотя люди сильно зависят от растений и их углеводов (пища, стройматериалы, одежда, лекарства), знания об их тонкой структуре всё ещё ограничены. Углеводы — одни из самых сложных химических структур в природе, но как они собраны, работают и эволюционировали миллионы лет, во многом неизвестно.
Генетическое наследие важнее среды обитания
Анализ тканей листьев и стеблей 287 видов растений показал связь между ультра-сложными углеводами и эволюционной историей, формами роста и местами обитания. Виды включали ключевые эволюционные ветви — от водорослей до сосудистых растений.
Учёные предполагали, что среда обитания и форма роста влияют на структуру клеточной стенки. Однако анализ показал, что состав углеводов у генетически далёких видов, живущих в одной среде (например, в буковом лесу), сильно различается.
«Состав углеводов растения больше связан с его положением на семейном древе, чем со средой обитания и формой роста. Здесь наследие важнее окружающей среды», — добавляет профессор Петер Ульвсков.
Например, два суккулента — толстянка (Crassula ovata) и пеперомия (Peperomia rotundifolia) — внешне похожи, но относятся к разным семействам. Их углеводный состав показал, что растения построены совершенно по-разному.
Целевая селекция растений
Учёные надеются, что их обширный открытый набор данных, опубликованный в журнале Plant, Cell & Environment, будет использован другими. Каталог может стать отправной точкой для целевой селекции сельскохозяйственных культур.
«Клеточные стенки — важный компонент нашей пищи, кормов, текстиля, но мы ещё не ведём селекцию культурных растений на улучшение их свойств. Например, клеточные стенки во многом определяют перевариваемость растительного материала. Их целевая селекция может повысить качество и устойчивость кормов. Теперь есть каталог для начала работы», — говорит Ульвсков.
Набор данных также идеален для исследований климатоустойчивых растений.
«Наши данные — это энциклопедия или справочная база для исследователей. Например, если нужно изучить, как виды растений в тропическом лесу, пустыне или верещатнике реагируют на засуху, высокий уровень CO2 или наводнения, этот набор можно использовать как эталон», — говорит Ахл.
Такие знания важны, поскольку климатические изменения, вероятно, изменят места обитания растений.
«Все климатические и экологические изменения бросают вызов растениям планеты, а значит, и людям. Если мы хотим создать более устойчивые растения, важно понимать механизмы их выживания. Здесь ключевую роль играет понимание их строительных блоков — клеточных стенок и углеводов», — заключает Ульвсков.
Об исследовании
Исследователи проанализировали ткани листьев и стеблей 287 специально отобранных видов растений, представляющих основные эволюционные ветви и адаптации к различным средам обитания.
Образцы исследовали методом MAPP (microarray polymer profiling), который дал уникальные составы углеводов (полисахаридов). Эти данные связали с историей развития растений и их местами обитания.
Материалы собирали в природе (в основном на острове Зеландия, Дания), а также из коллекций Ботанического сада Музея естественной истории Дании, университетских оранжерей в кампусе Фредериксберг и Арборетума в Хёрсхольме.