Hogyan fejlődött a növekedési hormon a növények gyarmatosítására

Hogyan fejlődött a növekedési hormon a növények gyarmatosítására

Nadezhda Dmitrieva,
Novoszibirszki Állami Egyetem
"Tudomány és élet" №2, 2016

A földi növények minden valószínűség szerint örökölte a legfontosabb növekedési hormon bioszintézisét a nem növényi organizmusoktól. A Novosibirsk Állami Egyetem munkatársai az SB RAS Cytology and Genetics Intézetének kollégáival együtt ezt a következtetést vonták le az algák, moha és a magasabb földi növények genomjainak összehasonlításával. Az auxinról beszélünk – a növények hormonális rendszerének "királyáról", amely a szövetek és szervek növekedéséért felelős.

Egy pillanatra visszamegyünk körülbelül 400 millió évvel ezelőtt (becsült idő a növények földelésére): szinte nincs növényzet, néhány helyen algák, a föld úgy néz ki, mint egy sivatag. Mi történt azóta, mivel a Föld alakja drámaian megváltozott? Látjuk a nagy növények lenyűgöző sokszínűségét és eloszlását szinte az egész bolygón. Ők kötelesek ezt a különféle újításokat, amelyek az ősi őseikből származtak, amikor a vizet szárazföldön hagyják.

Az egyik az a képesség, hogy gyorsan növekszik, különböző szerveket és szöveteket alkotva, a növényi fejlődés és a környezeti feltételek fokától függően.Ennek a képességnek az alapját képező anyagcsere-rendszerek egy része, az algáktól örökölt és a további evolúció során nyert szárazföldi növények jelentősen javultak. Ennek és néhány más újításnak az eredete még mindig rejtély, mivel nem illeszkedik az evolúció "normál" modelljébe – az ősei utódoktól való vertikális örökséghez.

Növényfejlődési diagram

A növények által szintetizált auxint olyan szövetekre és szervekre szállítják, amelyek növekedése és fejlesztése jelenleg szükséges. Ezek a gyökerek, a levelek, a szárak, a virágok és így tovább. Például a növények egyik figyelemre méltó tulajdonsága – a fototrópizmus (a növényi szervek növekedési irányának megváltoztatása a megvilágítástól függően) – a bioszintézis és az auxin transzport eredménye. Úgy vélik, hogy a szárazföldi növények ilyen formájúak, pontosan azért, mert e hormon tulajdonában van a szövetek növekedésének megfelelő időben és a megfelelő helyen történő szabályozása.

Az auxin olyan anyag, amely szabályozza a fototrópiát (a növények növényeknek a fényforrás felé irányított növekedése). A növény szintetizálódik, és a szövetekhez és szervekhez szállítja, amelyeknek a növekedése és fejlesztése jelenleg a leginkább szükséges.

Korábban azt találták, hogy a magasabb rendű növényeknél az auxin bioszintézis fő és legjelentősebb útja, amely lehetővé teszi a hormon szükséges koncentrációjának felhalmozódását, szükség esetén triptofán – a fehérjéket alkotó aminosavak egy részét is magában foglalja. Ebben a folyamatban az auxint triptofánból szintetizáljuk két egymást követő reakció során. Ezeket a reakciókat két enzim – triptofán-aminotranszferáz (TAA) és flavinfüggő monooxigenáz (YUCCA) szabályozza.

Hogyan eredtek a modern földi növények a bioszintézis útjából? Logikus feltételezni, hogy az algákból örököltek, azonban nem találtak olyan kapcsolódó fehérjéket, amelyek a TAA és YUCCA enzimek funkcióit végzik. Ez azt jelenti, hogy az algák nem képesek az auxint szintetizálni a TAA és a YUCCA enzimek részvételével. Ez arra enged következtetni, hogy a szárazföldi növényeknél a triptofán-függő auxin bioszintézis génjei nem a "szülőktől a leszármazottakig" való függőleges öröklés eredményeként jöttek létre, hanem olyan vízszintes géntranszfer folyamataiban, amelyek nem a szárazföldi növények ősei. Ezek gombák, protiszták vagy baktériumok.

A vízszintes génátvitel az evolúció szokatlan mechanizmusa, amelyben a nem kapcsolódó szervezetek a DNS-t kicserélhetik. Nagyon gyakori a baktériumoknál és ritkán állatoknál (például rovaroknál). A növényeknél ritka a tudomány által ismert vízszintes transzmisszió, de a közelmúltban egyre gyakrabban jelentkeznek róluk. Általános szabály, hogy a gének egy növény és parazita vagy szimbiontja közötti cseréje.*, akár baktérium, gomba vagy más növény.

Röviden térjünk vissza a földi élet képzeletbeli képére körülbelül 400 millió évvel ezelőtt. Az élõ növények õsei, amelyek feltehetõen sekély partmenti víztestek és különbözõ baktériumok mellett helyezkedtek el, intenzívebb ultraibolya sugárzásnak voltak kitéve, mint most. Végül is a védő ózonréteg vastagsága a légkörben sokkal kevésbé modern volt. Nagyon kedvezőtlen környezetet teremtett, és ennek eredményeképpen megszilárdultak és javultak a szervezet által megszerzett túlélési mechanizmusok. Valószínűleg ennek eredményeképpen kialakultak az auxin bioszintézis hatékony módszerei.

Hirtelen algák (Klebsormidium flaccidum) mikroszkóp alatt. Fotó jóvoltából Leer Gaisina, a Bashkir Állami Pedagógiai Egyetem. M. Akmullah

Elsőként 2014-ben fejeződött be a földi növények TAA és YUCCA enzimjeinek eredetével kapcsolatos hipotézis a nem növényi organizmusok vízszintes átvitelével. A hipotézist a kínai kutatók, Jeepy Yu és munkatársai írták, akik megjelentették a munkájukat a folyóiratban Növénytudományi trendek. Néhány hónappal később azonban ezt a verziót megkérdőjelezte egy másik kínai kutatócsoport, Chuninin Wang és társszerzők. A multicellular charoal alga szekvenált genomjában Klebsormidium flaccidum olyan szekvenciákat találtak, amelyek nagyon hasonlítanak a TAA és YUCCA enzimek génjeihez, amelyek szabályozzák a fő auxin bioszintézisútját a szárazföldi növényekben. Ha ezek az adatok helyesek, akkor a szárazföldi növények és a többsejtű algák ősei hasonló TAA és YUCCA enzimekkel rendelkeznek. Ez megerősíti az auxin bioszintézis útjának vertikális örökségének hipotézisét a modern szárazföldi növények által a többsejtű algákból.

Azonban nem volt olyan egyszerű. A Novoszibirszki Állami Egyetem vezető kutatója, Dmitrij Afonnikov, az SB RAS Igazságügyi és Genetikai Intézetének munkatársaival Igor Turnayev és Konstantin Gunbin munkatársaival úgy döntöttek, hogy a bioinformatikai módszerekkel mindkét mű eredményeit ellenőrizni fogják.Kiderült, hogy a multicelluláris algák egyik genetikai szekvenciája, amely hasonló a TAA enzimgénhez, nem kódolja ezt az enzimet.

A filogenetikai analízis azt mutatta, hogy a TAA-hoz hasonló szekvencia egy másik típusú enzimet kódol, az allináz, amelynek növekedési hormon bioszintézisben való részvételét még nem állapították meg.

Az eredmények azt mutatják, hogy valószínűleg a multicelluláris algákban Klebsormidium flaccidum Az auxin bioszintézis mechanizmusa, mint a szárazföldi növényeké, nem létezik. Valószínűbb, hogy az auxin bioszintézis fő útját a magasabb növények örökölnek pontosan vízszintes géntranszfer révén. Ez az esemény a szárazföldi növények ősi őseinél állt, állítólag a szárazföldön való felszabadulásuk idején, ami lehetővé tette leszármazottaik számára, hogy elterjedjenek a bolygón a sokszínűségben, amelyet most látunk. Annak érdekében, hogy végül megválaszolhassuk a növekedési hormon bioszintézis útjának eredetére vonatkozó kérdést, a bioinformatika mellett kísérleti módszereket is be kell vonni. Talán ez segít nagy projektekben a növényi genomok szekvenálásában, például 1Kplant**, amellyel több ezer növény genomjait dekódolták.


* A szimbiókok két különböző típusú organizmusok, amelyek hosszú, szoros és kölcsönösen előnyös együttélésben léteznek.

** program 1Krlantvagy 1000 növény– Nemzetközi Tudományos Szervezetek Multidiszciplináris Egyesülete. Tevékenységének köszönhetően több ezer növény genomjait olvasták. Az adatok minden érdekelt szervezet és kutató számára rendelkezésre állnak elemzés céljából. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy hasonlítsunk össze és fedezzük fel a nagyszámú növény genomjait, és talán közelebb hozzuk közelebbről annak megértéséhez, hogy az evolúciós mechanizmusok miért számítanak a növények sokféleségének.


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: