470 milyon yıl önce Dünya’yı kolonize eden bitkiler için iki kritik gen tanımlandı.

Araştırmacılar, bitki yaşamının Dünya’da nasıl ortaya çıktığına yeni bir ışık tuttu

araştırmacılar Kopenhag Üniversitesi Bitki yaşamının gezegenimizin yüzeyinde nasıl ortaya çıktığına yeni bir ışık tuttu. Spesifik olarak, karasal bitkilerin kendilerini mantar saldırılarına karşı korumaları için iki genin gerekli olduğunu gösterdiler – 470 milyon yıl öncesine dayanan bir savunma mekanizması. Bu savunmaların, tüm karasal bitki yaşamının yolunu açmış olması muhtemeldir.

Mads Eggert Nielsen, Kopenhag Üniversitesi’nde biyolog.

Bitkiler, yaklaşık yarım milyar yıl önce su yosunlarından Dünya’da hayatta kalma yeteneğine evrildi ve Dünya’daki yaşamın temellerini attı. Bu dramatik dönüşümü bu kadar zorlaştıran engellerden biri mantarlardı:

100 milyon yıl önce, büyük olasılıkla denizden yıkanmış ölü alglerde bulunan mantarların yiyecek aramak için Dünya’nın yüzeyine süzüldüğü tahmin ediliyor. Dolayısıyla, yeni bir bitki olarak kendinizi yere yerleştirecekseniz ve karşılaştığınız ilk şey sizi yiyen bir mantarsa, bir tür savunma mekanizmasına ihtiyacınız var” diyor biyolog Mads Eggert Nielsen. Kopenhag Üniversitesi Bitki ve Çevre Bilimleri Bölümü.

Mads Eggert Nielsen ve Bitki ve Çevre Bilimleri Departmanından ve Paris-Sclay Üniversitesi’nden araştırma arkadaşlarına göre, bu savunma mekanizmasının çekirdeği iki gene, PEN1 ve SYP122’ye daraltılabilir. Birlikte, bitkilerde mantar ve mantar benzeri organizmaların istilasını önleyen bir tür bileşen oluşturmaya yardımcı olurlar.

“Arabidopsis modelimizde bu iki geni yok edersek, patojenik mantarların girmesi için kapıyı açtığımızı keşfettik. Mantarlara karşı koruyan bu hücre duvarı benzeri tıkacın oluşumu için bunların gerekli olduğunu bulduk. İlginçtir, Science dergisinde yayınlanan çalışmanın kıdemli yazarı Mads Eggert Nielsen, tüm karasal bitkilerde bulunan bir savunma mekanizması evrenselliği gibi görünüyor” diyor. e-hayat.

470 milyon yıllık bir fabrikada büyüdüm

Araştırma ekibi, aynı işlevi, dünyadaki ilk kara bitkilerinden birinin doğrudan soyundan gelen ciğerotunda test etti. Araştırmacılar, ciğerotundaki iki eşleşen geni alarak ve onları tereya ekleyerek, aynı etkiyi belirleyip belirleyemeyeceklerini incelediler. Cevap evetti.

Arabidopsis Modeli ile Deneyler Kredi: Mads Eggert Nielsen

“Arabidopsis ve ciğer otunun ait olduğu iki bitki ailesi, 450 milyon yıl önce farklı yönlerde evrimleşmiş olsalar da, genetik işlevleri paylaşmaya devam ettiler. Bu gen ailesinin, bu savunma mekanizmasını yönetmek için benzersiz bir amaç ile ortaya çıktığına ve böylece ortaya çıktığına inanıyoruz. Mads Eggert Nielsen, bitkilerin kendilerini yere kurmalarının temellerinden biri” diyor.

Bitki ve mantarların bir arada yaşaması

Mantarlar, bitkilerin deniz yosunlarından karasal bitkilere geçişlerinde bir engel olsa da, onlar da bir ön koşuldu. Mads Eggert Nielsen, bitkiler onları Dünya’da yemeye çalışan mantarların saldırılarına karşı hayatta kalmayı başardıktan sonra karşılaşacakları bir sonraki sorunun besinleri bulmak olduğunu açıklıyor:

Sucul ortamlardaki bitkiler, fosfor ve azot gibi çözünmüş besinlere kolay erişime sahiptir. Ancak 500 milyon yıl önce, bugün bildiğimiz şekliyle toprak yoktu, sadece kayalar vardı. Kayalara bağlı besinlerin bitkiler için elde edilmesi son derece zordur. Ama mantarlar için değil. Öte yandan mantarlar karbonhidrat üretemezler – bu yüzden bitkileri tüketirler. Bitkiler ve mantarlar arasındaki simbiyotik ilişkinin ortaya çıktığına inanılan ve daha sonra bu dönemde karasal bitki yaşamının patlamasının temeli haline gelen yer burasıdır.”

Bitkide oluşan savunma yapıları bitkiyi veya mantarı öldürmez, sadece mantarın istilasını engeller.

“Mantarlar bitkiye yalnızca kısmen girebildiğinden, hem bitkinin hem de mantarın kazanacağı bir şeyin olduğu bir devrilme noktasının ortaya çıktığına inanıyoruz. Bu nedenle, ilişkiyi olduğu gibi tutmak yardımcı oldu. Bitkilerin mantarları kolonileştirmek için evcilleştirdiği teorisi Mads Eggert Nielsen, “Toprak Bizim değil, bu fikri destekleyen yemleri sağlıyoruz” diyor.

Tarımda uygulanabilir

Yeni bulgular, bitkilerin evrimsel tarihinin bulmacasına önemli bir parça ekliyor. Daha da önemlisi, mahsulleri, çiftçiler için büyük bir sorun olan mantar saldırılarına karşı daha dayanıklı hale getirmek için kullanılabilirler.

“Bütün bitkiler kendilerini aynı şekilde koruyorsa, bu, külleme, sarı pas ve patates çürümesi gibi hastalığa neden olabilecek mikroorganizmaların, ilgili konukçu bitkilerin savunmalarına sızmak, durdurmak veya kaçmak için bir yol bulduğu anlamına gelmelidir. Bunu nasıl yapıyorlar. Daha sonra dirençli bitkilerden hastalıklı bitkilere savunma bileşenlerini aktarmaya çalışacağız ve böylece direnç elde edeceğiz” diyor Mads Eggert Nielsen.

Mads Eggert Nielsen, Hans Thordal-Christensen liderliğindeki Botanik ve Çevre Bilimleri Departmanında Novo Nordisk Vakfı tarafından desteklenen ve bitkilerde hastalığa neden olan mikroorganizmaların denediği savunma mekanizmalarını belirleyerek bitkileri daha dayanıklı hale getirmeye odaklanan bir araştırma projesine katılıyor. adrese. kapat.

Ek bilgiler

Araştırmacılar uzun zamandır PEN1 ve SYP122 genlerinin bitkilerin alg olarak sudaki fazlarından karasal bitkilere geçişinde özel bir işlev gördüğünü varsaydılar, ancak bunların gerçekten bitkiler için bir önkoşul olup olmadığına dair somut bir kanıt bulunamadı. savunma yetenekleri.

Önceki çalışmalar, PEN1 genini yok ederek bitkilerin kendilerini külleme karşı savunma yeteneklerini kaybettiğini göstermiştir. Bununla birlikte, yakından ilişkili gen olan SYP122 yok edildiğinde hiçbir şey olmaz. Yeni araştırma sonuçları, iki genin birlikte bitkinin savunma mekanizmasında önemli bir anahtar oluşturduğunu gösteriyor.

Referans: “Bitki SYP12 yapıları, nematod patojenlerine karşı evrimsel olarak korunmuş bir genel bağışıklığa aracılık eder” Hector M Rubiato, Mingqi Liu, Richard J O’Connell ve Mads E. Nielsen, 4 Şubat 2022, Buradan ulaşılabilir. eHayat.
DOI: 10.7554 / eLife.73487