Algagének segítik megérteni az első szárazföldi növényeket

Miként sikerült az első növényeknek alkalmazkodni a szárazföldi élethez? E kérdést a legközelebbi alga rokon génjeiből igyekezett megválaszolni egy új kutatás.

A Cornell Egyetem növénybiológus professzora, Jocelyn Rose vezetésével egy nemzetközi kutatócsoport a Penium margaritaceum nevű karofita alga genomját tárta fel, ezek az édesvízi algák a szárazföldi növények legközelebbi rokonai, a közös ős kb. 600 millió éve élt.
A szárazföld számtalan kihívás elé állította a növényeket: meg kellett magukat óvni a kiszáradástól, az ultraibolya sugárzástól, és még támasztékot is kellett fejleszteniük, hisz a víz felhajtóereje a szárazföldön már nem tartotta őket. A kutatók most az alga genomjában mindezen alkalmazkodásra találtak jeleket.
„Eddig szinte semmit se tudtunk a szárazföldi növények közvetlen elődjének genomjáról” – mondta Jocelyn Rose. „Most viszont bepillanthatunk az algák és a növények közös ősébe, s ez lehetővé teszi nekünk, növénybiológusoknak, hogy kiderítsük a szárazföldi növények molekuláris útvonalait, fejlődési rendszereit, biológiai folyamatait. Így aztán soha korábban nem ismert részleteket deríthetünk ki a szárazföld meghódításáról.
Habár a karofiták számos faja elágazó formában nő, ebben külsőre hasonlítanak a szárazföldi növényekhez, azonban a molekuláris elemzésekből tudjuk, hogy a közös őst nem köztük, hanem az egyszerű egysejtűek, és a filamentumok szálakban növekvők körében kell keresni. „Kíváncsiak voltunk, vajon milyen evolúciós előnyt jelentett ez az egyszerűbb alak. A Penium algák az édesvizek partja közelében élnek, ahol időnként kiszáradhatnak, majd később újra hidratálódnak, úgy tűnik, ez az ismétlődés volt a kulcstényező” – mondta Rose.
A Penium genomjában rengeteg ismétlődő, illetve hulladék (nem-kódoló) szakasz van, ez pedig kihívást jelentett a kutatóknak. Végül többféle technika ötvözésével sikerült a teljes genomot feltérképezni, s emellett arra is fényt derítettek, hogy mely gének kapcsolódnak ki illetve be egyes stressztényezők hatására.
Zhangjun Fei bioinformatikus, a kutatás másik vezetője, a Boyce Thompson Intézet adjunktusa, aki a szekvenálást és a kutatás számítástechnikai irányítását végezte, elmondta, hogy a Penium alga genomja hatalmas, nagyobb, mint a hírhedten óriási kukorica, vagy emberi genom. „Az egyik legfontosabb eredmény volt, hogy megtaláltuk az ultraibolya elleni védelmet biztosító flavonidokat.”
Rose hozzátette: „Korábban úgy tudtuk, hogy ezek az anyagok csak a szárazföldi növényekben vannak már jelen, most viszont nemcsak magukat a kémiai anyagokat, hanem az előállításukhoz szükséges molekuláris útvonal részeit is megtaláltuk.”
Azonosítottak továbbá olyan hormonális szabályozó rendszert képviselő géneket is, amelyeket eddig szintén csak a szárazföldi növényekből ismertünk, illetve, a kiszáradás ellen óvó rendszert is, a vele járó nyálkatermeléssel együtt. Rábukkantak a sejtfalak szerkezeti megerősítését irányító, a növények tartásában fontos génekre is.
„Ez csak egy egysejtű, de hatalmas mennyiségű, a sejtfal módosításában tevékeny fehérjével rendelkezik. A sejtfal szabályozásában, annak dinamikai és biomechanikai tulajdonságaiban igencsak összetett, a soksejtűekre jellemző tulajdonságai vannak” – magyarázta Rose. A kutatócsoport szeretne a továbbiakban más karofiták genomjában is hasonlóan alapos elemzéseket végezni majd.
A kutatók úgy vélik, a Penium genomjának ismerete számos új kutatási irányt tesz majd lehetővé, amelyek eredményei a haszonnövényeink termesztésében is fontosak lehetnek.