Американские биологи из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне секвенировали геном древовидного папоротника и установили некоторые подробности эволюции этого вида растений. Также исследователи описали состав проводящих тканей этих сосудистых растений и открыли в них новое соединение. Работа опубликована в журнале Nature Plants.
Наземные растения произошли от водорослей около 470 млн лет назад. Важнейшим событием в эволюции наземных растений стало появление сосудистой системы, с помощью которой происходит транспорт воды и питательных веществ по организму растения. Такие системы, как правило, состоят из двух типов тканей: ксилема и флоэма. Ксилема отвечает за транспорт воды по стеблю и листьям, а флоэма — за транспорт сахаров, полученных в ходе фотосинтеза, по всему растению. Особенность клеток ксилемы в том, что в их клеточной стенке содержится лигнин, придающий прочность коре деревьев.
Исследователи заинтересовались вопросом эволюции сосудистых систем и обратили внимание на одни из первых растений-обладателей таких систем — папоротники. Ученые секвенировали геном древовидного папоротника Alsophila spinulosa и проанализировали строение его сосудистой системы. Они обнаружили, что в ксилеме по сравнению с другими тканями активно экспрессируются определенные гены, которые регулируют образование специфических для ксилемы клеток. С помощью микроскопии и биохимических методов исследователи определили уровни лигнина и вторичных метаболитов в папоротниках. Оказалось, что лигнин составлял около 40% клеточной стенки клеток стебля, тогда как для древесины это значение достигает всего 25%. Биологи также обнаружили новый вторичный метаболит, который преимущественно синтезируется в ксилеме, — алсофилин. Это вещество заполняет пустоты в нефункциональных клетках ткани, и ученым удалось идентифицировать гены, отвечающие за его биосинтез.
Чтобы лучше понять эволюцию папоротников, биологи сравнили геномные последовательности A. spinulosa с представителями этого вида, собранными в девяти других регионах Китая. Оказалось, что эти виды представляют собой шесть популяций, чьи геномы отличаются. Результаты анализа показали, что за свою эволюционную историю популяции этого вида дважды проходили через «бутылочное горлышко», когда их численность резко сокращалась: 35,6–34,5 млн лет назад и 2,5–0,7 млн лет назад.
Анализ геномов папоротников, а также оценка содержания лигнина в их клетках позволят ученым составить более полную картину роли лигнина в ранних сосудистых растениях. В будущем ученые надеются увеличить размер своей выборки и расширить ее.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
