4億7千万年前に地球に生息する植物に重要な2つの遺伝子が確認されました

研究者たちは、地球の表面に植物がどのように定着するかについての新しい見方を示しました。

研究者たち コペンハーゲン大学 私たちの惑星の表面に植物がどのように定着したかについての新しい視点を提示しました。 彼らは、特に2つの遺伝子が、陸上植物が4億7000万年前にさかのぼる防御メカニズムである真菌攻撃から自分自身を保護するために重要であることを示しました。 これらの防衛は、すべての陸上植物の道を磨いた可能性が高いです。

コペンハーゲン大学の生物学者マズ・エガート・ニールセンは

植物は水生藻類から進化し、約5億年前に陸地で生き残ることができ、陸生命体の基礎を築きました。 真菌は、この劇的な移行を困難にした障害物の1つでした。

「1億年前にカビが栄養を探し、地球の表面を横切って這い、海から浮かんだ死んだ鳥に見られた可能性が高いです。 したがって、新しい植物になって陸地に定着しようとするとき、最初に遭遇することが自分をつかむ菌類なら一種の防御メカニズムが必要でした。 コペンハーゲン大学の植物・環境科学部。

マズ・エガート・ニールセン（Mads Eggert Nielsen）と植物および環境科学部とパリ・サクレ大学（University of Paris-Saclay）の研究者によると、この防御メカニズムの本質はPEN1とSYP122の2つの遺伝子に絞り込むことができます。 一緒に、彼らは真菌や真菌様生物の侵入をブロックする一種のプラグイン植物を形成するのに役立ちます。

「私たちはモデル植物である菜種と野菜（Arabidopsis）からこれら2つの遺伝子を破壊すると、病原性真菌が浸透する可能性があるドアが開きます。 我々は、それらが真菌から守る細胞壁のようなプラグを形成するために不可欠であることを発見した。 興味深いことに、それはすべての陸上植物に見られる普遍的な防御メカニズムのようです。」 ライフ。

4億7千万年の植物に由来

研究チームは、地球初の陸上植物の1つの直系の子孫である肝臓で同じ機能をテストしました。 研究者らは、肝臓から対応する2つの遺伝子を採取し、菜種と野菜に挿入することで同じ効果を確認できるかどうかを調べた。 答えははいでした。

モデル植物thale cress（Arabidopsis）の実験的提供：Mads Eggert Nielsen

「赤ちゃんの茎と茂みが属する2つの植物群は4億5000万年前に異なる方向に進化しましたが、遺伝機能は共有し続けます。 私たちは、この遺伝子群がこの防御のメカニズムを管理するためのユニークな目的を持って出現し、したがって植物が陸上に定着することができる基盤の1つになったと信じています。」とMads Eggert Nielsenは言います。

植物と真菌の共生

真菌は、植物が海洋藻類段階から陸上植物に転換する過程で障害物となったが、前提条件であった。 Mads Eggert Nielsenは、植物が土地で植物を食べようとする真菌の攻撃から生き残ることができるようになりました。

「リンや窒素などの溶解栄養素は、水生環境の植物に簡単にアクセスできます。 しかし、5億年前、今日私たちが知っている土壌は存在せず、岩石しかありませんでした。 そして岩に結合された栄養素は植物が得るのが非常に難しいです。 しかし、真菌にはそうではありません。 一方、真菌は炭水化物を生産できないため、植物を摂取します。 ここで植物と菌類の共生関係が生じ、この時期陸上植物の爆発的な爆発の基盤となったと考えられる」と話した。

植物に形成される防御構造は、植物や真菌を殺すことなく、単に真菌が侵入するのを防ぎます。

「カビは植物に部分的にしか入らないため、植物とカビの両方が得られる点でティッピングポイントが発生すると信じています。 したがって、関係をそのまま維持することが有利であった。 植物が土地を植民地化するために真菌を飼育したという理論は私たちのものではありませんが、私たちはこのアイデアを支える飼料を提供しています。

農業に適用できます

新しい結果は、植物の進化の歴史のパズルに重要な部分を追加します。 さらに重要なのは、農作物が真菌攻撃に耐えるのに使用できることです。これは農家にとって重要な問題です。

「すべての植物が同じように自分自身を守る場合、それは白粉症、黄緑病、ジャガイモ菌などの病気を引き起こす可能性がある微生物が侵入したり、防御を遮断したり回避する方法を発見したことを意味します。 それぞれの宿主植物。 私たちは彼らが何をしているのか知りたいです。 その後、私たちは抵抗性植物の防御成分を病気の植物に移して抵抗性を達成しようとします。

Mads Eggert Nielsenは、Hans Thordal-Christensenが主導し、Novo Nordisk財団が支援する植物および環境科学省の研究プロジェクトに参加しています。 この研究プロジェクトは、病原性微生物が攻撃しようとする植物の防御メカニズムを特定し、作物の耐性を高めることに焦点を当てています。 シャットダウン。

追加事実

研究者らは、長い間、PEN1およびSYP122遺伝子が、植物が藻類として水生段階から陸上植物に転換することに関して特別な機能を果たしていると仮定してきたが、これらが実際に植物の前提条件であるという具体的な証拠はない。 ‘守備能力。

以前の研究では、PEN1遺伝子を破壊することによって、植物が白粉病真菌から自分自身を守る能力を失うことがわかった。 しかし、密接に関連する遺伝子SYP122を破壊すると、何も起こらない。 新しい研究は、両方の遺伝子が一緒に植物の防御メカニズムで重要なキーを構成することを示しています。

参照：Hector M Rubiato、Mengqi Liu、Richard J O’Connell、およびMads E Nielsen、2022年2月4日の「植物SYP12シンタキシンは、病原体に対する進化的に保存された一般的な免疫を媒介します。」 イライフ。
DOI: 10.7554/eLife.73487