Водоросли используют тот же молекулярный механизм, что и наземные растения, для реакции на растительный гормон

Наземные растения производят и реагируют на гормоны для выживания. Новое исследование Университета Мэриленда показывает, что некоторые виды пресноводных водорослей также могут обнаруживать газ этилен — тот же гормон стресса, что и у наземных растений — и, возможно, используют эти сигналы для адаптации к изменяющимся условиям окружающей среды.

Исследование, опубликованное 8 января 2015 года в первом выпуске журнала Nature Plants, документирует путь передачи сигнала этилена у харофитов — линии зелёных водорослей, наиболее близких к наземным растениям. Результаты позволяют предположить, что гены и клеточный механизм, ответственные за путь этилена, оставались относительно неизменными у разных видов на протяжении более 450 миллионов лет, восходя к тому времени, когда харофиты и наземные растения эволюционировали от общего водного предка.

«Мы обнаружили полный путь этилена, хорошо известный у наземных растений, у не-растения. Это поразительно», — сказала соавтор исследования Карен Чанг. «Этилен обычно регулирует плоды, цветы, листья... всего этого у харофитов просто нет».

Хотя путь этилена присутствует у всех наземных растений, его функции могут быть разными. Гормон, который в естественном состоянии является газом, может ускорять созревание плодов, стимулировать цветение или вызывать опадение листьев. Однако, как показало текущее исследование, молекулярный механизм, ответственный за обнаружение молекулы этилена, почти идентичен и у харофитов.

Команда использовала сочетание передовых биоинформатических методов и лабораторных экспериментов. Они изучили пять различных типов современных харофитов и обнаружили признаки пути этилена у всех них. Затем они сосредоточились на одном виде, Spirogyra pratensis, и обнаружили, что этилен вызывает удлинение клеток этой водоросли — до двух раз от их нормальной длины при достаточной экспозиции.

Потребуется дополнительная работа, чтобы определить, почему Spirogyra реагирует таким образом. У исследователей есть предположения. Spirogyra обитает в мелких пресноводных водоёмах, которые иногда пересыхают. Удлинение клеток в условиях стресса могло бы помочь нитям водоросли поддерживать контакт с водой. Или же, наоборот, при сильном ливне удлинённые нити могли бы помочь клеткам быстро восстановить контакт с освещённой, богатой кислородом поверхностью воды.

«Это исследование имеет глубокие последствия для понимания механизмов реакции растений на стресс и колонизации суши 450 миллионов лет назад», — сказал соавтор Чарльз Дельвич. «Теперь, когда мы понимаем, что система одинакова у наземных растений и водорослей, мы, вероятно, сможем экстраполировать результаты на другие растения».

Чанг отмечает, что путь этилена — это только начало. Биоинформатические данные выявили признаки генов нескольких других гормональных путей у современных харофитов, которые готовы для будущих исследований.