Исследование под руководством Рутгерса проливает новый свет на эволюцию фотосинтеза у растений и водорослей, что может помочь улучшить урожайность.
Статья опубликована в журнале New Phytologist.
Ученые рассмотрели исследования фотосинтезирующей амебы Paulinella, которая является моделью для изучения фундаментального вопроса об эволюции эукариот: почему водоросли и растения произошли от одного источника? То есть, почему фотосинтез в результате первичного пластидного эндосимбиоза не возник многократно на древе жизни?
Фотосинтез - это процесс, при котором растения и другие организмы используют солнечный свет для синтеза пищи из углекислого газа и воды, в результате чего в качестве побочного продукта образуется кислород.
Эндосимбиоз - это отношения между двумя организмами, при которых одна клетка находится внутри другой. Это взаимодействие, если оно стабильно и полезно для клетки-«хозяина», может привести к массовым генетическим инновациям. Несмотря на его критическую эволюционную роль, знания о том, как первоначально устанавливается эндосимбиоз, ограничены.
Первичный пластидный эндосимбиоз, который развился около 1,5 миллиардов лет назад, представляет собой процесс, в котором эукариоты, то есть такие организмы, как растения и водоросли, клетки которых имеют мембраносвязанное ядро и крошечные органы, называемые органеллами, поглощают прокариотов., которые представляют собой такие организмы, как бактерии, у которых отсутствует окруженное мембраной ядро. Пластида представляет собой мембраносвязанную органеллу в клетках растений и водорослей.
«Оказывается, фотосинтез приводит к огромным рискам, поскольку он производит вредные химические вещества и тепло в качестве побочных продуктов, которые могут повредить клетку-хозяина», - сказал старший автор Дебашиш Бхаттачарья, заслуженный профессор кафедры биохимии и микробиологии в Рутгерском университете. Университет-Нью-Брансуик.«Поэтому создание новой органеллы - очень сложный процесс, который делает его редко встречающимся в эволюции. Паулинелла - единственный известный случай независимого пластидного первичного эндосимбиоза, отличного от водорослей и растений, - дает много ключей к этому процессу, который помогает объяснить почему это так редко."
Происхождение фотосинтеза у водорослей и растений изменило нашу планету, обеспечив основной источник кислорода и поддерживая многие экосистемы благодаря их первичному производству связанного углерода (сахара и липиды). Понимание того, как происходил этот критический процесс, поможет нам спроектировать его в синтетических системах, а также улучшить урожайность.
«Поскольку Паулинелла является независимым источником фотосинтеза, она дает ключ к разгадке того, как происходит этот процесс и какие затраты он налагает на клетку-хозяина», - сказал ведущий автор Тимоти Дж. Стивенс, постдокторский исследователь из Rutgers. «Геном паулинеллы содержит множество независимо развившихся генов, участвующих в фотосинтезе и справляющихся со связанными стрессами, которые потенциально могут быть созданы водорослями и растениями, что может помочь улучшить их способность противостоять стрессам, таким как высокий уровень освещенности или солевой стресс."
В исследовании приняли участие исследователи из Института Карнеги.
Видео:
Видео: