Według raportu opublikowanego w eLifeMechanizmy obronne używane przez rośliny do rozpoznawania i reagowania na pospolitego szkodnika, gąsienicę, wyewoluowały z pojedynczego genu, który ewoluował przez miliony lat. Portal Phys.org.
Badanie przeprowadzone przez naukowców z Waszyngtonu wykazało, że niektóre rośliny, takie jak soja, z czasem utraciły ten ochronny gen, ale eksperci sugerują, że ponowne wprowadzenie genu (poprzez hodowlę, inżynierię genetyczną) może pomóc w ochronie upraw przed nieurodzajem.
Stan zdrowotny rośliny zależy od system odpornościowy, który dziedziczy. W przypadku roślin oznacza to dziedziczenie pewnych typów receptorów rozpoznających wzorce, które mogą wykrywać różne patogeny i peptydy oraz wyzwalać odpowiednią odpowiedź immunologiczną.
Dziedziczenie odpowiednich typów receptorów rozpoznawania wzorców może umożliwić roślinom rozpoznawanie zagrożeń i radzenie sobie z chorobami i szkodnikami.
Aby wypełnić tę lukę, zespół postanowił zidentyfikować kluczowe wydarzenia ewolucyjne, które pozwoliły roślinom zareagować na wspólne zagrożenie: gąsienicę. Gatunki roślin strączkowych, w tym fasola mung i groszek czarnooki, były już znane z wyjątkowej zdolności reagowania na peptydy wytwarzane w pyskach gąsienic, gdy gryzą liście roślin.
Naukowcy szczegółowo zbadali genomy tej grupy roślin, aby sprawdzić, czy powszechny receptor rozpoznawania wzorców, zwany receptorem inceptyny (INR), zmienił się na przestrzeni milionów lat, zyskując lub tracąc zdolność rozpoznawania gąsienic.
Odkryli, że pojedynczy gen receptora sprzed 28 milionów lat doskonale pasuje do odpowiedzi immunologicznej roślin na peptydy gąsienic. Odkryli również, że wśród potomków najstarszych przodków roślin, którzy jako pierwsi opracowali gen receptora, istnieje kilka gatunków, które nie mogą reagować na peptydy gąsienic, to znaczy utraciły ten gen.
Aby zrozumieć, w jaki sposób ten starożytny gen nabył zdolność rozpoznawania nowych peptydów we współczesnych patogenach, zespół zastosował technikę zwaną sekwencjonowaniem przodków, w której połączyli informacje ze wszystkich współczesnych receptorów. genów, aby przewidzieć pierwotną sekwencję w wieku 28 milionów lat. Ten przodek receptora był w stanie odpowiedzieć na peptydy gąsienic. Jednak nieco starsza wersja z 16 zmianami w sekwencji receptorów zawiodła.
To historia genetyczna wraz z modelami komputerowymi pokazującymi, jak starożytne i współczesne struktury receptorów mogły się różnić, dostarczają wskazówek na temat ewolucji receptora. Sugeruje to, że ponad 32 miliony lat temu kluczowa nowa wstawka genowa została wprowadzona do genomu pradawnej rośliny, po czym nastąpiła szybka ewolucja różnorodnych form nowego receptora. Jedna z tych form nabyła zdolność reagowania na peptydy gąsienic, a ta nowa zdolność jest obecnie dzielona przez dziesiątki potomnych gatunków roślin strączkowych.
W przyszłości naukowcy mają nadzieję dowiedzieć się więcej o procesach na poziomie genomu, które generują nową różnorodność receptorów i zidentyfikować nieznane jeszcze receptory immunologiczne w grupach roślin. Gdy coraz więcej i więcej Dzięki danym genomowym takie podejście pozwoliłoby zidentyfikować „brakujące” receptory, które są przydatnymi cechami do ponownego wprowadzenia do roślin w celu ochrony upraw.