С тех пор как они впервые появились на суше, растения, вероятно, использовали одни и те же генетические инструменты, чтобы регулировать рост или размножение. Открытие было сделано с использованием печеночника, одного из потомков первых растений, переселившихся из древних океанов на сушу.
Печеночники растут по всему миру и напоминают мох, стелящийся на влажной почве в тени. Мужские и женские версии печеночника можно узнать по уникальным структурам в форме зонтика, которые вырастают из основания растения.
«Печеночники обладают максимальной силой при наименьшей структуре», - сказал профессор Юитиро Ватанабэ с факультета наук о жизни Токийского университета, эксперт в области молекулярной биологии растений.
Геном печеночника структурно прост по сравнению с цветковыми растениями, которые обычно используются в исследовательских лабораториях, такими как табак и кресс-салат (арабидопсис). Цветковые растения являются эволюционно более «молодыми» растениями, чем печеночники, с дупликациями и избыточностью генов, которые усложняют изучение их геномов.
Несмотря на эту простоту, геном печеночника, по-видимому, имеет все те же стадии жизненного цикла и способность их регулировать.
Сходства геномов
Полный геном печеночника вида Marchantia polymorpha был впервые секвенирован в 2017 году международной командой, в которую входили несколько исследователей, которые также участвовали в недавно опубликованном генном анализе.
Изучив полный геном, исследователи обнаружили, что даже у простого печеночника имеется около 100 различных типов малых молекул, называемых микроРНК, которые регулируют активность других генов.
Около восьми микроРНК печеночника были почти идентичны известным микроРНК кресс-салата. Эти восемь микроРНК очаровали исследователей, потому что предки растений, которые эволюционировали в современные печеночники и современный кресс-салат, разделились более 450 миллионов лет назад.
"Итак, зачем их хранить? Мы хотим знать, что делают эти общие микроРНК, и печеночники теперь являются удобной моделью для нашего исследования", - сказал Ватанабэ.
Чтобы стать больше или размножаться
Большинство млекопитающих, включая человека, рождаются с клетками, которые им понадобятся во взрослом возрасте для производства собственного потомства. Однако растения развивают свои репродуктивные клетки только после перехода от вегетативной стадии, когда они отращивают новые листья или становятся крупнее, к репродуктивной стадии.
Одна из микроРНК, которая помогает цветковым растениям контролировать переход к репродуктивной стадии, также является одной из восьми микроРНК, общих для кресс-салата и печеночников. Эта микроРНК известна исследователям как микроРНК156/529.
Чтобы определить потенциальную роль этой эволюционно законсервированной микроРНК, исследовательская группа Ватанабэ создала генетически модифицированную версию печеночника, в которой отсутствовала микроРНК156/529. Эти так называемые печеночники с нокаутом микроРНК156/529 производили репродуктивные клетки на своих вегетативных тканях, а не развивали нормальные репродуктивные структуры в форме зонтика, которые отличают самцов и самок.
"Это было удивительно для нас. Эти печеночники пропустили часть репродуктивного процесса, и само тело становится репродуктивным органом", - сказал Ватанабэ.
Идентификация одной и той же молекулы с аналогичной ролью в переключении с вегетативной на репродуктивную функцию у таких разных видов растений показывает, что микроРНК156/529 и другие молекулы, с которыми она взаимодействует, являются частью важного контрольного модуля, используемого потенциально всеми наземными организмами. растений для регулирования времени их размножения.
Ватанабэ предполагает, что в будущем фермеры смогут измерять количество микроРНК156/529 в посевах, чтобы предсказывать время сбора урожая.
«Мы надеемся, что наши результаты вдохновят других на разработку новых приложений для воспроизводства растений», - сказал Ватанабэ.