Ученые изучили водоросли для понимания эволюции растений

Поверхность Земли покрыта растениями и они составляют большую часть биомассы на суше и демонстрируют широкое разнообразие: от мхов до деревьев. Это поразительное биоразнообразие возникло благодаря судьбоносному эволюционному событию, которое произошло всего один раз: наземной трансформации растений. Это описывает момент, когда одна группа водорослей, современных потомков которых все еще можно изучать в лаборатории, превратилась в растения и вторглась на сушу по всему миру.

Международная группа исследователей, возглавляемая командой из Геттингенского университета, собрала крупномасштабные данные по экспрессии генов для изучения молекулярных сетей, которые действуют в одном из ближайших родственников наземных растений, скромной одноклеточной водоросли под названием Mesotaenium endlicherianum. 

Используя штамм Mesotaenium endlicherianum, который более 25 лет хранился в коллекции культур водорослей Геттингенского университета (SAG), и уникальную экспериментальную установку, исследователи подвергли водоросль воздействию непрерывного диапазона различной интенсивности света и температуры.

По словам ученых, их исследование началось с изучения пределов устойчивости водорослей — как к свету, так и к температуре. Их подвергли воздействию широкого диапазона температур от 8°C до 29°C, а после наблюдали, как на основе углубленного физиологического анализа происходило взаимодействие между широким диапазоном температур и толерантностью к свету.

Как реагируют водоросли, исследовали не только на морфологическом и физиологическом уровне, но и путем считывания информации примерно из 10 миллиардов фрагментов РНК. В исследовании использовался сетевой анализ для изучения общего поведения почти 20 000 генов одновременно. В этих общих закономерностях были идентифицированы «гены-концентраторы», которые играют центральную роль в координации экспрессии генов в ответ на различные сигналы окружающей среды. Этот подход не только дал ценную информацию о том, как экспрессия генов водорослей регулируется в ответ на различные условия, но и в сочетании с эволюционным анализом показал, что эти механизмы являются общими как для наземных растений, так и для их родственников из водорослей.

Уникальность этого исследования заключается в том, что наш сетевой анализ может указать на целый набор генетических механизмов, которые, как известно, не работали в этих водорослях. , мы обнаруживаем, что они являются общими для более чем 600 миллионов лет эволюции растений и водорослей,

сказал профессор Ян де Врис из Геттингенского университета.

Исследование позволяет определить, какие гены взаимодействуют в различных растениях и водорослях. Это похоже на обнаружение того, какие музыкальные ноты последовательно гармонируют в разных песнях. Понимани этого взаимодействия помогает раскрыть долгосрочные закономерности эволюции и показывает, как определенные важные генетические «ноты» остались неизменными для широкого спектра видов растений, подобно вечным мелодиям.