Kaip augimo hormonas padėjo augalams kolonizuoti žemę

Kaip augimo hormonas padėjo augalams kolonizuoti žemę

Nadežda Дмитриева,
Novosibirsko valstybinis universitetas
"Mokslas ir gyvenimas" №2, 2016

Labiausiai tikėtina, kad augaliniai augalai paveldėjo svarbiausio augimo hormono biosintezę iš ne augalinių organizmų. Darbuotojai Novosibirsko valstybinio universiteto kartu su kolegomis instituto citologijos ir genetikos SU anksčiau atėjo į šią išvadą, lyginant dumblių, samanų ir aukštesniųjų augalų genomų. Mes kalbame apie auksiną – "karalių" hormonų sistemos augalų, atsakingų už jų audinių ir organų augimą.

Vienu momentu mes grįšime prieš maždaug 400 milijonų metų (numatomas laikas, per kurį augalai bus iškrauti): beveik nėra augalijos, kai kuriose vietose dumbliai, žemė atrodo kaip dykuma. Kas nutiko nuo to laiko, nes Žemės formos dramatiškai pasikeitė? Mes matome įspūdingą aukštųjų augalų įvairovę ir pasiskirstymą beveik visoje planetoje. Jie yra įpareigoti įvairias naujoves, atsiradusias iš senovės protėvių, paliekant vandenį žemėje.

Vienas iš jų yra gebėjimas greitai augti, formuojant įvairius organus ir audinius, priklausomai nuo augalų vystymosi stadijos ir aplinkos sąlygų.Dalis medžiagų apykaitos sistemų, kuriomis grindžiamas šis gebėjimas, gerokai pagerėjo augalams, paveldėtiems iš dumblių, ir tolesnės evoliucijos procese. Tačiau šios ir kai kurių kitų naujovių kilmė vis dar yra paslaptis, nes ji neatitinka "standartinio" evoliucijos modelio – vertikalaus paveldėjimo nuo protėvių iki palikuonių.

Augalų evoliucijos schema

Augalų sintezuojamas auksinas transportuojamas į tuos audinius ir organus, kurių augimas ir vystymas šiuo metu yra būtinas. Tai šaknų patarimai, lapų, stiebų, gėlių ir tt pagrindai. Pavyzdžiui, viena iš nuostabių augalų savybių – fototropizmas (keičiantis augalų organų augimo kryptį priklausomai nuo apšvietos) – yra dėl biosintezės ir auksino transportavimo. Manoma, kad žemės augalai yra tokios įvairios formos būtent dėl ​​to, kad šio hormono savybė kontroliuoja audinių augimą tinkamu laiku ir tinkamoje vietoje.

Auksinas yra medžiaga, kontroliuojanti fototropiją (nukreipta augalų link šviesos šaltinio). Jis sintezuojamas augalais ir transportuojamas į audinius ir organus, kurių augimą ir vystymą šiuo metu labiausiai reikia.

Anksčiau buvo nustatyta, kad aukštesniuose augaluose pagrindinis ir svarbiausias auksinų biosintezės būdas, kuris prireikus leidžia kaupti būtiną hormono koncentraciją, apima triptofano, kuris yra viena iš amino rūgščių, kurios sudaro baltymus, dalyvavimas. Šiame procese auksinas sintezuojamas iš triptofano per dvi iš eilės esančias reakcijas. Šias reakcijas kontroliuoja du fermentai: triptofano aminotransferazė (TAA) ir flavinui priklausanti monooksigenazė (YUCCA).

Kaip šiuolaikiniai sausumos augalai sukūrė šį biosintezės kelią? Logiškai manyti, kad jie paveldėjo jį iš dumblių, tačiau jie nerado jokių susijusių baltymų, kurie atlieka TAA ir YUCCA fermentų funkcijas. Tai reiškia, kad dumbliai savaime negali sintetinti auksinu, dalyvaujant TAA ir YUCCA fermentams. Tai leidžia daryti prielaidą, kad antžeminėse augaluose iš geneto atsirado genotipo sintezės auksų, priklausančių nuo triptofano, genetoje atsirado ne vertikalaus paveldėjimo "nuo tėvų iki palikuonių" rezultatas, bet ir horizontaliojo genų perkėlimo iš organizmų, kurie nėra žemės augalų protėviai. Tai yra grybai, protiniai ar bakterijos.

Horizontalus genų perkėlimas yra neįprastas evoliucijos mechanizmas, kuriame nesusiję organizmai gali keistis DNR. Jis labai dažnas bakterijose ir retai gyvūnuose (pavyzdžiui, vabzdžiams). Augaluose mokslui žinomi horizontalaus perdavimo atvejai yra reti, tačiau pastaruoju metu vis dažniau atsiranda informacija apie juos. Paprastai tai yra genų mainai tarp augalo ir jo parazito ar simbionto.*ar tai yra bakterija, grybas ar kitas augalas.

Leiskite trumpai sugrįžti į vaizduotą gyvenimo Žemėje vaizdą apie 400 milijonų metų. Gyvenančių augalų protėviai, tariamai esantys sekliais pakrantės vandens telkiniais kartu su įvairiomis bakterijomis, buvo veikiami intensyvesniu ultravioletiniu spinduliu, nei dabar. Galų gale apsauginio ozono sluoksnio storis atmosferoje buvo daug šiuolaikiškas. Labai nepalanki aplinka ir dėl to sustiprėjo ir tobulėjo kūno išgyvenimo mechanizmai šiomis sąlygomis. Tikriausiai atsirado veiksmingas auksino biosintezės metodas.

Haraway dumbliai (Klebsormidium flaccidum) po mikroskopu. Nuotrauka mandagumo Leer Gaisina, Baškirų valstybinio pedagoginio universiteto. M. Akmullah

2014 m. Buvo išreikšta hipotezė apie TAA ir YUCCA fermentų kilmę sausumos augaluose horizontaliu perėjimu iš ne augalinių organizmų. Ši hipotezė buvo parašyta Kinijos mokslininkų Jeepy Yu ir jo kolegų, kurie paskelbė savo darbą žurnale Augalų mokslų tendencijos. Tačiau praėjus keliems mėnesiams šią versiją kėlė klausimas kitos Kinijos mokslininkų grupės Chuninin Wang ir kitų autorių. Sekvenciniame daugelio ląstelinių dumblių dumblių genome Klebsormidium flaccidum jie rado sekas, kurios yra labai panašios į fermentų TAA ir YUCCA genus, kurie kontroliuoja pagrindinį auksino biosintezės būdą sausumos augaluose. Jei šie duomenys yra teisingi, tada žemės augalų ir daugiasluoksnių dumblių protėviai turėjo turėti genus, panašius į TAA ir YUCCA fermentus. Tai patvirtintų hipotezę, kad šiuolaikiniai sausumos augalai iš daugiasluoksnių dumblių verčia paveldėti auksino biosintezės kelią.

Tačiau tai nebuvo taip lengva. Novosibirsko valstybinio universiteto vedėjas Dmitrijus Afonnikovas kartu su kolegomis iš instituto citologijos ir genetikos SU anksčiau Igoris Turnayevas ir Konstantinas Gunbinas nusprendė patikrinti abiejų darbų rezultatus, naudojant bioinformatikos metodus.Pasirodo, kad viena iš daugelio ląstelinių dumblių genomo sekų, panašių į TAA fermento geną, nekoduoja šio fermento.

Filogenetinė analizė parodė, kad TAA, panašus į TAA, koduoja kito tipo fermentus – alinazę, kurios dalyvavimas augimo hormono biosintezėje dar nėra nustatytas.

Gauti rezultatai rodo, kad, greičiausiai, daugiasluoksniuose dumbliuose Klebsormidium flaccidum Oksinų biosintezės mechanizmas, panašus į žemės augalus, neegzistuoja. Labiau tikėtina, kad pagrindinis auksinų biosintezės kelias yra paveldėtas aukštesnių augalų būtent per horizontalų genų perdavimą. Šis įvykis įvyko senovėje žemės augalų protėviuose, tariamai tuo metu, kai jie buvo išleisti į žemę, o tai leido jų palikuonims plisti visoje planetoje į įvairovę, kurią dabar matome. Norint galutinai atsakyti į klausimą apie augimo hormono biosintezės kelią, be bioinformatikos reikės įtraukti ir eksperimentinius metodus. Galbūt tai padės dideliems augalų genomų sekos nustatymo projektams, pvz 1Kplant**, su kuriuo buvo iššifruoti tūkstančių augalų genomai.


* Simbiontai yra dviejų skirtingų tipų organizmai, egzistuojantys ilgu, glaudžiu ir abipusiai naudingą draugystę.

** Projektas 1Crlantarba 1000 augalų– Tarptautinė daugiadalykio mokslo organizacijų asociacija. Dėl savo veiklos, skaitoma tūkstančių augalų genoma. Duomenys yra prieinami visoms suinteresuotosioms organizacijoms ir mokslininkams analizuoti. Tai leidžia mums palyginti ir ištirti daugelio augalų genomus ir galbūt priartinti prie supratimo, kokie evoliuciniai mechanizmai sudaro augalų įvairovę.


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: