Dua Gen Penting untuk Tumbuhan Menjajah Bumi 470 Juta Yang Lalu Telah Dikenalpasti

Para saintis percaya kemungkinan bahawa kedua-dua gen, PEN1 dan SYP122, membuka jalan bagi semua kehidupan tumbuhan darat.

Penyelidik memberi penerangan baru tentang bagaimana kehidupan tumbuhan terbentuk di permukaan Bumi

Penyelidik dari Universiti Copenhagen telah memberi penerangan baharu tentang cara hidupan tumbuhan terbentuk di permukaan planet kita. Mereka secara khusus menunjukkan bahawa dua gen adalah penting untuk tumbuhan darat untuk melindungi diri mereka daripada serangan kulat – mekanisme pertahanan yang bermula sejak 470 juta tahun lalu. Pertahanan ini kemungkinan besar membuka jalan bagi semua kehidupan tumbuhan darat.

Mads Eggert Nielsen

Mads Eggert Nielsen, ahli biologi Universiti Copenhagen.

Tumbuhan berkembang daripada alga akuatik kepada dapat bertahan di darat kira-kira setengah bilion tahun yang lalu, meletakkan asas untuk kehidupan di darat. Kulat adalah salah satu halangan yang menjadikan peralihan dramatik ini begitu sukar:

“Dianggarkan 100 juta tahun sebelum ini, kulat merayap melintasi permukaan bumi untuk mencari makanan dan kemungkinan besar menemuinya dalam alga mati yang dihanyutkan dari laut. Jadi, jika anda, sebagai tumbuhan baru, akan bertapak di darat, dan perkara pertama yang anda temui adalah kulat yang akan memakan anda, anda memerlukan semacam mekanisme pertahanan, “kata Mads Eggert Nielsen, ahli biologi di Jabatan Sains Tumbuhan dan Alam Sekitar Universiti Copenhagen.

Menurut Mads Eggert Nielsen dan rakan penyelidiknya dari Jabatan Sains Tumbuhan dan Alam Sekitar dan Universiti Paris-Saclay, intipati mekanisme pertahanan ini boleh dikecilkan kepada dua gen, PEN1 dan SYP122. Bersama-sama, mereka membantu membentuk sejenis palam dalam tumbuhan yang menghalang pencerobohan kulat dan organisma seperti kulat.

“Kami mendapati bahawa jika kami memusnahkan kedua-dua gen ini dalam model selada thale tumbuhan kami (Arabidopsis), kami membuka pintu untuk kulat patogen untuk menembusi. Kami mendapati bahawa ia adalah penting untuk membentuk palam seperti dinding sel ini yang melindungi daripada kulat. Menariknya, ia kelihatan sebagai mekanisme pertahanan sejagat yang terdapat di semua tumbuhan darat, “kata Mads Eggert Nielsen, pengarang kanan kajian itu, yang diterbitkan dalam jurnal eLife.

Berasal dari tumbuhan berusia 470 juta tahun

Pasukan penyelidik telah menguji fungsi yang sama dalam lumut hati, keturunan langsung salah satu tumbuhan darat pertama di Bumi. Dengan mengambil dua gen yang sepadan dalam lumut hati dan memasukkannya ke dalam selada thale, para penyelidik memeriksa sama ada mereka dapat mengenal pasti kesan yang sama. Jawapannya ialah ya.

Model Tumbuhan Thale Cress

Eksperimen pada model tumbuhan selada thale (Arabidopsis) Kredit: Mads Eggert Nielsen

“Walaupun dua keluarga tumbuhan yang dimiliki oleh Arabidopsis dan lumut hati berkembang dalam arah yang berbeza 450 juta tahun yang lalu, mereka terus berkongsi fungsi genetik. Kami percaya bahawa keluarga gen ini muncul dengan tujuan unik untuk menguruskan mekanisme pertahanan ini dan dengan itu telah menjadi salah satu asas bagi tumbuhan untuk bertapak di darat,” kata Mads Eggert Nielsen.

Simbiosis antara tumbuhan dan kulat

Walaupun kulat menjadi penghalang kepada tumbuhan dalam peralihan mereka daripada peringkat laut alga kepada menjadi tumbuhan darat – ia juga merupakan prasyarat. Sebaik sahaja tumbuhan dapat bertahan daripada serangan kulat yang ingin memakannya di darat, masalah seterusnya yang mereka hadapi ialah mencari nutrien, Mads Eggert Nielsen menerangkan:

“Nutrien terlarut seperti fosforus dan nitrogen mudah diakses oleh tumbuhan dalam persekitaran akuatik. Tetapi 500 juta tahun dahulu, tanah seperti yang kita ketahui hari ini tidak wujud – hanya batu. Dan, nutrien yang terikat dalam batu amat sukar untuk dipegang oleh tumbuhan. Tetapi tidak untuk kulat. Sebaliknya, kulat tidak dapat menghasilkan karbohidrat – itulah sebabnya mereka memakan tumbuhan. Di sinilah hubungan simbiotik antara tumbuh-tumbuhan dan kulat dipercayai telah timbul, yang kemudiannya menjadi asas kepada letupan hidupan tumbuhan darat dalam tempoh ini.”

Struktur pertahanan yang terbentuk dalam tumbuhan tidak membunuh sama ada tumbuhan atau kulat, ia hanya menghalang kulat daripada menyerang.

“Memandangkan kulat hanya boleh memasuki sebahagian daripada tumbuhan, kami percaya bahawa titik kritis timbul di mana kedua-dua tumbuhan dan kulat mempunyai sesuatu untuk diperolehi. Oleh itu, ia telah menjadi satu kelebihan untuk mengekalkan hubungan seadanya. Teori bahawa tumbuhan menjinakkan kulat untuk menjajah tanah bukanlah milik kami, tetapi kami menyediakan makanan yang menyokong idea ini, “kata Mads Eggert Nielsen.

Boleh diaplikasikan dalam bidang pertanian

Keputusan baharu menambah bahagian penting kepada teka-teki sejarah evolusi tumbuhan. Lebih penting lagi, ia boleh digunakan untuk membuat tanaman lebih tahan terhadap serangan kulat, yang merupakan masalah utama bagi petani.

“Jika semua tumbuhan mempertahankan diri dengan cara yang sama, ini bermakna mikroorganisma yang mampu menyebabkan penyakit – seperti cendawan serbuk, karat kuning, dan acuan kentang – telah menemui cara untuk menyelinap masuk, mematikan atau mengelak pertahanan mereka. tumbuhan perumah masing-masing. Kami ingin mengetahui bagaimana mereka melakukannya. Kami kemudiannya akan cuba memindahkan komponen pertahanan daripada tumbuhan tahan kepada tumbuhan yang menjadi berpenyakit, dan dengan itu mencapai rintangan,” kata Mads Eggert Nielsen.

Mads Eggert Nielsen terlibat dalam projek penyelidikan di Jabatan Sains Tumbuhan dan Alam Sekitar yang diketuai oleh Hans Thordal-Christensen dan disokong oleh Yayasan Novo Nordisk yang memberi tumpuan untuk menjadikan tanaman lebih tahan dengan mengenal pasti mekanisme pertahanan dalam tumbuhan yang cuba dilakukan oleh mikroorganisma patogen. menutup.

Fakta Tambahan

Para penyelidik telah lama mengandaikan bahawa gen PEN1 dan SYP122 telah menjalankan fungsi khas berhubung dengan peralihan tumbuhan dari peringkat akuatik mereka sebagai alga kepada tumbuhan darat, tetapi tidak ada bukti konkrit sama ada ia sebenarnya merupakan prasyarat untuk tumbuhan itu. ‘ kebolehan pertahanan.

Kajian terdahulu telah menunjukkan bahawa dengan memusnahkan gen PEN1, tumbuhan kehilangan keupayaan mereka untuk mempertahankan diri daripada kulat cendawan serbuk. Walau bagaimanapun, apabila memusnahkan gen yang berkait rapat, SYP122, tiada apa yang berlaku. Hasil penyelidikan baru menunjukkan bahawa bersama-sama, kedua-dua gen merupakan kunci penting dalam mekanisme pertahanan tumbuhan.

Rujukan: “Sintaksin SYP12 tumbuhan mengantara imuniti am yang dipelihara secara evolusi kepada patogen berfilamen” oleh Hector M Rubiato, Mengqi Liu, Richard J O’Connell dan Mads E Nielsen, 4 Februari 2022, eLife.
DOI: 10.7554/eLife.73487

We would love to thank the author of this short article for this remarkable web content

Dua Gen Penting untuk Tumbuhan Menjajah Bumi 470 Juta Yang Lalu Telah Dikenalpasti


Visit our social media profiles along with other related pageshttps://paw6.info/related-pages/