4억 7000만 년 전에 지구를 식민지화한 식물에 대해 두 가지 중요한 유전자가 확인되었습니다

연구원들은 식물이 지구에서 어떻게 시작되었는지에 대한 새로운 빛을 주었습니다.

의 연구원 코펜하겐 대학교 그것은 우리 행성의 표면에서 식물의 생명이 어떻게 생겨났는지에 대한 새로운 빛을 주었습니다. 특히, 그들은 육상 식물이 4억 7천만 년 전으로 거슬러 올라가는 방어 메커니즘인 곰팡이의 공격으로부터 자신을 보호하기 위해 두 개의 유전자가 필요하다는 것을 보여주었습니다. 이러한 방어책이 모든 육상 식물의 길을 닦았을 가능성이 있습니다.

코펜하겐 대학의 생물학자 매즈 에거트 닐슨(Mads Eggert Nielsen)은

식물은 수생 조류에서 거의 5억 년 전에 지구에서 생존할 수 있는 능력으로 진화하여 지구 생명체의 토대를 마련했습니다. 이 극적인 변화를 어렵게 만든 장애물 중 하나는 곰팡이였습니다.

1억 년 전 균류는 먹이를 찾아 지구 표면을 가로질러 살금살금 움직인 것으로 추정되며, 아마도 바다에서 떠내려온 죽은 조류에서 발견되었을 가능성이 큽니다. 따라서 당신이 새로운 식물로서 지구에 정착하려고 하고 가장 먼저 마주치는 것이 당신을 잡아먹는 균류라면 일종의 방어 메커니즘이 필요합니다. 코펜하겐 대학에서 식물 및 환경 과학 박사.

매즈 에거트 닐슨(Mads Eggert Nielsen)과 식물 및 환경 과학부와 파리-스클레이 대학(University of Paris-Sclay)의 연구원들에 따르면, 이 방어 메커니즘의 핵심은 PEN1과 SYP122의 두 유전자로 좁힐 수 있습니다. 함께, 그들은 균류 및 균류 유사 유기체의 침입을 방지하는 식물의 구성 요소 유형을 형성하는 데 도움이 됩니다.

“우리는 애기장대 모델에서 이 두 유전자를 파괴하면 병원성 진균이 침투할 수 있는 문이 열린다는 것을 발견했습니다. 우리는 이 두 유전자가 진균으로부터 보호하는 세포벽과 같은 플러그의 형성에 필수적이라는 것을 발견했습니다. 흥미롭게도, 그것은 모든 육상 식물에서 발견되는 방어 기제 보편성인 것으로 보입니다.”라고 Science 저널에 발표된 연구의 수석 저자인 Mads Eggert Nielsen이 말했습니다. 이라이프.

4억 7천만년 된 공장에서 자랐어

연구팀은 지구 최초의 육상 식물 중 하나의 직계 후손인 간장에서 동일한 기능을 테스트했습니다. 간나물에서 두 개의 일치하는 유전자를 가져와서 유채과 야채에 삽입함으로써 연구자들은 동일한 효과를 결정할 수 있는지 여부를 조사했습니다. 대답은 예였습니다.

애기장대 실험 모델 크레딧: Mads Eggert Nielsen

“아기장대와 간나물은 4억 5천만 년 전에 서로 다른 방향으로 진화한 두 식물군이지만 유전 기능을 계속 공유했습니다. 우리는 이 유전자군이 이 방어 기제를 관리하기 위한 독특한 목적으로 생겨났고 따라서 하나였을 것이라고 믿습니다. 땅에 정착하기 위해 식물을 세운 사람입니다.”라고 Mads Eggert Nielsen은 말합니다.

식물과 곰팡이의 공존

균류는 식물이 해양 조류에서 육상 식물로 전환하는 데 장애물이기는 하지만 동시에 전제 조건이었습니다. Mads Eggert Nielsen은 식물이 지구에서 식물을 먹으려는 균류의 공격에서 살아남을 수 있게 되자 그들이 직면한 다음 문제는 영양소를 찾는 것이라고 설명합니다.

수생 환경의 식물은 인 및 질소와 같은 용해된 영양소에 쉽게 접근할 수 있습니다. 그러나 5억 년 전, 오늘날 우리가 알고 있는 토양은 존재하지 않고 암석만 있었습니다. 암석에 결합된 영양소는 식물이 얻기가 극히 어렵습니다. 그러나 곰팡이에게는 그렇지 않습니다. 반면에 균류는 탄수화물을 생산할 수 없기 때문에 식물을 섭취합니다. 이곳에서 식물과 균류의 공생 관계가 발생했다고 믿어지며, 이는 훗날 이 기간 동안 육상 식물의 폭발적인 폭발의 기초가 되었습니다.”

식물에 형성되는 방어 구조는 식물이나 곰팡이를 죽이지 않고 단순히 곰팡이가 침입하는 것을 방지합니다.

“버섯은 식물에 부분적으로만 들어갈 수 있기 때문에 식물과 곰팡이 모두 얻을 수 있는 것이 있는 지점에서 티핑 포인트가 발생한다고 생각합니다. 따라서 관계를 그대로 유지하는 것이 도움이 되었습니다. 식물이 식민지화하기 위해 곰팡이를 길들인 이론 땅은 우리 것이 아니지만 우리는 이 아이디어를 뒷받침하는 사료를 제공합니다.”라고 Mads Eggert Nielsen은 말합니다.

농업에 적용할 수 있습니다

새로운 발견은 식물의 진화 역사의 퍼즐에 중요한 조각을 추가합니다. 더 중요한 것은 농작물이 곰팡이 공격에 더 잘 견디도록 하는 데 사용될 수 있다는 것인데, 이는 농부들에게 큰 문제입니다.

“모든 식물이 같은 방식으로 스스로를 방어한다면 이는 흰가루병, 황녹병, 감자썩음병과 같은 질병을 일으킬 수 있는 미생물이 각각의 숙주 식물의 방어를 침투, 차단 또는 회피하는 방법을 찾았음을 의미합니다. 우리는 그들이 알고 싶습니다. 어떻게 합니까. 그런 다음 우리는 저항성 식물의 방어 성분을 질병에 걸린 식물로 전달하여 저항성을 달성하려고 노력할 것입니다.”라고 Mads Eggert Nielsen은 말합니다.

Mads Eggert Nielsen은 Hans Thordal-Christensen이 주도하고 Novo Nordisk 재단이 지원하는 식물 및 환경 과학부의 연구 프로젝트에 참여하고 있습니다. 주소로. 닫다.

추가 사실

연구자들은 오랫동안 PEN1 및 SYP122 유전자가 조류로서의 수생 단계에서 육상 식물로의 식물 전환과 관련하여 특별한 기능을 수행한다고 가정했지만, 이들이 실제로 식물의 전제 조건인지에 대한 구체적인 증거는 없습니다. 방어 능력.

이전 연구에서는 PEN1 유전자를 파괴함으로써 식물이 흰가루병으로부터 스스로를 방어하는 능력을 잃는 것으로 나타났습니다. 그러나 밀접하게 관련된 유전자 SYP122가 파괴되면 아무 일도 일어나지 않습니다. 새로운 연구 결과는 두 유전자가 함께 식물의 방어 메커니즘에서 중요한 열쇠를 구성한다는 것을 보여줍니다.

참조: “식물 SYP12 구조는 선충 병원체에 대해 진화적으로 보존된 일반 면역을 매개합니다.” Hector M Rubiato, Mingqi Liu, Richard J O’Connell 및 Mads E. Nielsen 작성, 2022년 2월 4일, 여기에서 사용 가능. 이라이프.
DOI: 10.7554 / eLife.73487