تم تحديد جينين مهمين للنباتات التي استعمرت الأرض منذ 470 مليون سنة.

ألقى الباحثون ضوءًا جديدًا على كيفية نشوء الحياة النباتية على سطح الأرض

باحثون من جامعة كوبنهاغن لقد ألقى ضوءًا جديدًا على كيفية نشوء الحياة النباتية على سطح كوكبنا. لقد أثبتوا على وجه التحديد أن اثنين من الجينات مهمان للنباتات الأرضية لحماية نفسها من هجوم الفطريات ، وهي آلية دفاعية يعود تاريخها إلى 470 مليون سنة مضت. مهدت هذه الحماية الطريق لجميع أنواع الحياة النباتية الأرضية تقريبًا.

زملاء إيكرت نيلسن ، عالم أحياء بجامعة كوبنهاغن.

تطورت النباتات من الطحالب المائية منذ حوالي نصف مليار سنة لتعيش على الأرض ، مما يضع الأساس للحياة على الأرض. الفطريات هي إحدى العقبات التي تجعل هذا التغيير الدراماتيكي صعبًا للغاية:

قال عالم الأحياء ميتس إيكيرت نيلسن: “قبل 100 مليون سنة ، كان من المقدر أن الفطريات زحفت على سطح الأرض بحثًا عن العناصر الغذائية ، وتم العثور على هذا في الطحالب الميتة التي جرفتها مياه البحر. وهذا ضروري”. قسم علوم النبات والبيئة ، جامعة كوبنهاغن.

وفقًا لمادس إيجيرت نيلسن وزملائها البحثيين من قسم العلوم النباتية والبيئية وجامعة باريس-تشوكلي ، يمكن اختزال جوهر آلية الدفاع هذه إلى جينين ، PEN1 و SYP122. يساعدان معًا في إنشاء نوع من المكونات في النباتات التي تمنع غزو الفطريات والكائنات الفطرية.

“إذا دمرنا هذين الجينين في نباتنا النموذجي ، زيت الرشاد (أرابيدوبسيس) ، وجدنا أنهما يفتحان الباب أمام الإصابة الفطرية المسببة للأمراض. يقول ماتس إكيرت نيلسن ، كبير مؤلفي الدراسة ، التي نُشرت في المجلة. eLife.

تشكلت في مصنع عمره 470 مليون سنة

اختبر فريق البحث وظيفة مماثلة في Leverward ، وهو سليل مباشر لأحد النباتات الأرضية الأولى على الأرض. درس الباحثون ما إذا كان يمكن تحديد نفس التأثير عن طريق أخذ جينين مرتبطين بـ ليفروورت وإدخالهما في هلال الزيت. كان الجواب نعم.

عينة من تجارب نبات الرشاد (Arabidopsis) Credit: Mads Eggert Nielsen

“على الرغم من أن العائلتين النباتيتين ، Arabidopsis و Liverward ، قد تطورتا قبل 450 مليون سنة في اتجاهات مختلفة ، إلا أنهما ما زالا يتشاركان في الوظائف الجينية.

تعايش بين النباتات والفطريات

على الرغم من أن الطحالب تشكل حاجزًا أمام النباتات من الانتقال من مستوى سطح البحر إلى النباتات الأرضية – إلا أنها كانت أيضًا شرطًا أساسيًا. بمجرد أن تنجو النباتات من هجمة الفطريات التي تسعى للتغذي عليها في الأرض ، فإن المشكلة التالية التي تواجهها هي العثور على العناصر الغذائية ، كما يوضح ماتس إيكيرت نيلسن:

“العناصر الغذائية القابلة للذوبان مثل الفوسفور والنيتروجين يمكن الوصول إليها بسهولة للنباتات في البيئات المائية. ولكن منذ 500 مليون سنة ، لم تكن لدينا التربة التي نعرفها اليوم – فقط الصخور. كما أن العناصر الغذائية المرتبطة بالصخور يصعب جدًا على النباتات امتصاصها ولكن الفطريات ، من ناحية أخرى ، لا تستطيع إنتاج الكربوهيدرات – لذلك فهي تستهلك النباتات ، ويعتقد أن علاقة تكافلية بين النباتات والفطريات قد شكلت أساس اندلاع الحياة النباتية الأرضية خلال هذه الفترة.

لا تقتل الهياكل الوقائية التي تتشكل على النبات النبات أو الفطريات ، بل تمنع الغزو الفطري.

“نظرًا لأن الفطر لا يمكن إلا أن يخترق النبات جزئيًا ، فإننا نعتقد أن نقطة تنشأ حيث يمكن للنبات والفطر الحصول على شيء ما. لذلك ، من المفيد الحفاظ على العلاقة. والنظرية القائلة بأن النباتات تتحكم في الفطريات لاستعمار الأرض ليست كذلك لكننا نقدم خلاصة تدعم هذه الفكرة ، كما يقول ميتس إيكرت نيلسن.

يمكن استخدامها في الزراعة

تضيف النتائج الجديدة جزءًا مهمًا إلى لغز التاريخ التطوري للنباتات. الأهم من ذلك ، يمكن استخدامها لجعل المحاصيل أكثر مقاومة للهجمات الفطرية ، والتي يمكن أن تكون مشكلة كبيرة للمزارعين.

“إذا دافعت جميع النباتات عن نفسها بنفس الطريقة ، فإن الميكروبات التي تسبب أمراضًا مثل البياض الدقيقي والصدأ الأصفر وعفن البطاطس – قد وجدت طريقة للتسلل إلى النباتات المضيفة أو إخمادها أو حمايتها. نريد أن نعرف كيف تفعل ذلك قال ماتس إيكرت نيلسن ، “سنحاول نقل المكونات الدفاعية من النباتات إلى النباتات المريضة حتى نتمكن من تحقيق المقاومة”.

يشارك ماتس إيجيرت نيلسن في مشروع بحثي بقيادة هانز ثوردل كريستنسن في مجال العلوم النباتية والبيئية ، وبدعم من مؤسسة نوفو نورديسك ، يركز على تحديد آليات الحماية في مسببات الأمراض النباتية وجعل المحاصيل أكثر مقاومة. مغلق.

حقائق إضافية

اقترح الباحثون منذ فترة طويلة أن الجينات PEN1 و SYP122 ربما لعبت دورًا في تحويل النباتات من حالتها المائية إلى الطحالب ، ولكن لا يوجد دليل قاطع على أنها كانت في الواقع شرطًا مسبقًا للنباتات. مهارات دفاعية.

أظهرت الدراسات السابقة أنه من خلال تدمير الجين PEN1 ، تفقد النباتات قدرتها على الدفاع عن نفسها ضد البياض الدقيقي. ومع ذلك ، عندما يتم تدمير الجين المرتبط ارتباطًا وثيقًا SYP122 ، لا يحدث شيء. أظهر بحث جديد أن جينين يلعبان دورًا مهمًا في آلية دفاع النبات.

ملاحظة: هيكتور إم روبيادو ومنجي ليو وريتشارد جيه أوكونيل وزملائه إي نيلسن ، 4 فبراير 2022 ، “مصنع SYP12 Syntaxines يتوسط المناعة العامة المحمية تطوريًا لمسببات الأمراض الليفية” eLife.
DOI: 10.7554 / eLife.73487