Các nhà nghiên cứu đã làm sáng tỏ cách thức cuộc sống thực vật bắt nguồn trên Trái đất

các nhà nghiên cứu từ Đại học Copenhagen Nó đã làm sáng tỏ cách thức cuộc sống thực vật bắt nguồn trên bề mặt hành tinh của chúng ta. Cụ thể, họ đã chỉ ra rằng hai gen cần thiết cho thực vật trên cạn để bảo vệ chúng khỏi sự tấn công của nấm – một cơ chế bảo vệ có từ 470 triệu năm trước. Có vẻ như những lớp bảo vệ này đã mở đường cho tất cả các đời sống thực vật trên cạn.

Mads Eggert Nielsen, một nhà sinh vật học tại Đại học Copenhagen.

Thực vật tiến hóa từ tảo thủy sinh đến khả năng tồn tại trên Trái đất cách đây gần nửa tỷ năm, đặt nền móng cho sự sống trên Trái đất. Một trong những trở ngại khiến sự biến đổi mạnh mẽ này trở nên khó khăn là nấm:

Người ta ước tính rằng 100 triệu năm trước, nấm len lỏi khắp bề mặt Trái đất để tìm kiếm thức ăn, rất có thể được tìm thấy trong các loài tảo chết trôi dạt từ biển. Vì vậy, nếu bạn, với tư cách là một loài thực vật mới, sẽ tự thành lập trên Trái đất, và điều đầu tiên bạn gặp phải là một loại nấm ăn thịt bạn, bạn cần một số loại cơ chế bảo vệ, ”Mads Eggert Nielsen, một nhà sinh vật học tại Cục thuộc Khoa học Thực vật và Môi trường tại Đại học Copenhagen.

Theo Mads Eggert Nielsen và các đồng nghiệp nghiên cứu từ Khoa Thực vật và Môi trường và Đại học Paris-Sclay, cốt lõi của cơ chế bảo vệ này có thể được thu hẹp thành hai gen, PEN1 và SYP122. Cùng nhau, chúng giúp hình thành một loại thành phần trong thực vật ngăn chặn sự xâm nhập của nấm và các sinh vật giống nấm.

“Chúng tôi phát hiện ra rằng nếu chúng tôi phá hủy hai gen này trong mô hình Arabidopsis của mình, chúng tôi sẽ mở ra cánh cửa cho nấm gây bệnh xâm nhập. Chúng tôi nhận thấy rằng chúng rất cần thiết cho sự hình thành của nút giống như thành tế bào này để bảo vệ chống lại nấm. Điều thú vị là, Mads Eggert Nielsen, tác giả chính của nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science, cho biết nó dường như là một cơ chế bảo vệ phổ biến ở tất cả các loài thực vật trên cạn. eLife.

Tôi lớn lên trong một nhà máy 470 triệu năm tuổi

Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm chức năng tương tự ở lá gan, hậu duệ trực tiếp của một trong những loài thực vật trên cạn đầu tiên trên Trái đất. Bằng cách lấy hai gen phù hợp trong lá gan và chèn chúng vào cải xoong, các nhà nghiên cứu đã kiểm tra xem liệu họ có thể xác định được tác dụng tương tự hay không. Câu trả lời là có.

Thử nghiệm với Mô hình Arabidopsis Tín dụng: Mads Eggert Nielsen

“Mặc dù hai họ thực vật mà Arabidopsis và Liverwort đã tiến hóa theo các hướng khác nhau cách đây 450 triệu năm, nhưng chúng vẫn tiếp tục chia sẻ các chức năng di truyền. Chúng tôi tin rằng họ gen này xuất hiện với mục đích duy nhất là quản lý cơ chế bảo vệ này, và do đó nó là một Mads Eggert Nielsen nói: “Ai đã sáng lập ra thực vật để tạo dựng chúng trên mặt đất.

Sự chung sống của thực vật và nấm

Trong khi nấm là một trở ngại đối với thực vật trong quá trình chuyển đổi từ tảo biển sang thực vật trên cạn – chúng cũng là một điều kiện tiên quyết. Mads Eggert Nielsen giải thích rằng một khi thực vật có thể sống sót sau các cuộc tấn công của các loài nấm đang tìm cách ăn chúng trên Trái đất, thì vấn đề tiếp theo mà chúng phải đối mặt là tìm kiếm các chất dinh dưỡng:

Thực vật trong môi trường nước dễ dàng tiếp cận với các chất dinh dưỡng hòa tan như phốt pho và nitơ. Nhưng 500 triệu năm trước, đất như chúng ta biết ngày nay không tồn tại – chỉ có đá. Các chất dinh dưỡng liên kết với đá là cực kỳ khó khăn đối với thực vật. Nhưng không phải đối với nấm. Mặt khác, nấm không thể sản xuất carbohydrate – đó là lý do tại sao chúng tiêu thụ thực vật. Đây là nơi mà mối quan hệ cộng sinh giữa thực vật và nấm được cho là đã nảy sinh, sau này trở thành cơ sở cho sự bùng nổ của đời sống thực vật trên cạn trong thời kỳ này ”.

Các cấu trúc phòng thủ hình thành trong cây không giết chết cây hoặc nấm, chúng chỉ đơn giản là ngăn chặn nấm xâm nhập.

“Vì nấm chỉ có thể xâm nhập một phần vào thực vật, chúng tôi tin rằng một điểm giới hạn nảy sinh khi cả cây và nấm đều có thứ gì đó để đạt được. Mads Eggert Nielsen cho biết đất không phải của chúng tôi, nhưng chúng tôi cung cấp thức ăn gia súc hỗ trợ cho ý tưởng này.

Có thể ứng dụng trong nông nghiệp

Phát hiện mới bổ sung một phần quan trọng cho câu đố về lịch sử tiến hóa của thực vật. Quan trọng hơn, chúng có thể được sử dụng để làm cho cây trồng chống lại sự tấn công của nấm, đây là một vấn đề lớn đối với người nông dân.

“Nếu tất cả các loài thực vật đều tự bảo vệ theo cách giống nhau, điều này có nghĩa là các vi sinh vật có khả năng gây bệnh – chẳng hạn như bệnh phấn trắng, bệnh rỉ sắt vàng và bệnh thối khoai tây – đã tìm ra cách xâm nhập, ngăn chặn hoặc trốn tránh khả năng phòng vệ của cây chủ tương ứng. Chúng tôi Mads Eggert Nielsen nói.

Mads Eggert Nielsen đang tham gia một dự án nghiên cứu tại Khoa Khoa học Thực vật và Môi trường do Hans Thordal-Christensen đứng đầu và được hỗ trợ bởi Novo Nordisk Foundation, tập trung vào việc làm cho cây trồng có khả năng chống chịu tốt hơn bằng cách xác định các cơ chế bảo vệ ở thực vật mà các vi sinh vật gây bệnh đang cố gắng Đến địa chỉ. gần.

Sự thật bổ sung

Các nhà nghiên cứu từ lâu đã giả định rằng các gen PEN1 và SYP122 thực hiện một chức năng đặc biệt liên quan đến quá trình chuyển đổi của thực vật từ giai đoạn thủy sinh là tảo sang thực vật trên cạn, nhưng chưa có bằng chứng cụ thể nào về việc liệu chúng có thực sự là tiền đề cho thực vật hay không. khả năng phòng thủ.

Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng bằng cách phá hủy gen PEN1, thực vật mất khả năng tự bảo vệ trước bệnh phấn trắng. Tuy nhiên, khi gen liên quan chặt chẽ, SYP122, bị phá hủy, không có gì xảy ra. Kết quả nghiên cứu mới cho thấy hai gen này cùng nhau tạo thành một chìa khóa quan trọng trong cơ chế bảo vệ của thực vật.

Tham khảo: “Cấu trúc SYP12 của thực vật làm trung gian cho khả năng miễn dịch nói chung được bảo tồn tiến hóa đối với mầm bệnh tuyến trùng” của Hector M Rubiato, Mingqi Liu, Richard J O’Connell và Mads E. Nielsen, ngày 4 tháng 2 năm 2022, Có sẵn tại đây. eLife.
DOI: 10.7554 / eLife.73487