Згідно зі звітом, опублікованим у eLife, захисні механізми, які рослини використовують для розпізнавання та реагування на звичайного шкідника - гусеницю, виникли з одного гена, який розвивався мільйони років. портал Phys.org.
Дослідження вашингтонських вчених показало, що деякі рослини, такі як соєві боби, згодом втратили цей захисний ген, але фахівці припускають, що повторне введення гена (шляхом селекції, методами генної інженерії) може сприяти захисту культури від неврожаю.
Стан здоров'я рослини залежить від імунної системи, яку воно успадковує. У рослин це означає успадкування певних типів рецепторів розпізнавання образів, які можуть визначати різні патогени та пептиди та запускати відповідну імунну відповідь.
Спадкування правильних типів рецепторів розпізнавання образів може дозволити рослинам розпізнавати загрози та справлятися з хворобами та шкідниками.
Щоб усунути цю прогалину, команда вчених вирішила визначити ключові еволюційні події, які дозволили рослинам реагувати на загальну загрозу – гусеницю. Вже було відомо, що види з групи бобових, у тому числі маш і горох чорноокий, мають унікальну здатність реагувати на пептиди, що виробляються в роті гусениць, коли вони прогризають листя рослин.
Вчені докладно вивчили геноми цієї групи рослин, щоб з'ясувати, чи змінився загальний рецептор розпізнавання образів, званий рецептором інцептину (INR), за мільйони років, придбавши або втративши здатність розпізнавати гусениць.
Вони виявили, що єдиний рецепторний ген віком 28 мільйонів років ідеально відповідає імунній відповіді рослин на пептиди гусениць. Вони також виявили, що серед нащадків найдавніших предків рослин, які першими розвинули ген рецептора, є кілька видів, які не можуть реагувати на пептиди гусениць, тобто втратили цей ген.
Щоб зрозуміти, як цей древній ген набув здатності розпізнавати нові пептиди сучасних патогенів, команда використовувала метод, який називається реконструкцією спадкової послідовності, в якому вони об'єднали інформацію від усіх сучасних рецепторних. генів, щоб передбачити вихідну послідовність віком 28 мільйонів років. Цей спадковий рецептор був здатний реагувати на пептиди гусениць. Однак трохи старіша версія з 16 змінами в послідовності рецептора не змогла.
Ця генетична історія разом з комп'ютерними моделями, що показують, як давні та сучасні рецепторні структури могли відрізнятися, дають ключ до розуміння того, як рецептор еволюціонував. Це говорить про те, що понад 32 мільйони років тому в геном предкової рослини була введена ключова вставка нового гена, за якою послідувала швидка еволюція різноманітних форм нового рецептора. Одна з цих форм набула здатності реагувати на пептиди гусениць, і ця нова здатність тепер притаманна десяткам видів бобових-нащадків.
У майбутньому вчені сподіваються дізнатися більше про процеси на рівні геному, які генерують нову різноманітність рецепторів та ідентифікують поки що невідомі імунні рецептори в групах рослин. У міру надходження все більшої кількості геномних даних такі підходи дозволять ідентифікувати «відсутні» рецептори, які є корисними ознаками для повторного введення рослини, щоб допомогти захистити врожай.