"Gen ibu" yang ditemui dengan simbiosis akar

Pengambilan genre dan peningkatan fungsi membawa kepada symbioses tumbuhan moden

Simbiosis akar © PNW
membaca dengan kuat

Banyak tumbuh-tumbuhan hidup dalam simbiosis dengan kulat atau bakteria, dalam masyarakat yang saling menguntungkan. Para saintis kini telah mengetahui bagaimana kolaborasi ini telah berkembang melalui evolusi. Mereka juga menemui akar genetik yang sama dengan pelbagai bentuk simbiosis akar.

Sebuah pasukan penyelidikan yang diketuai oleh Profesor Martin Parniske dari Institut Genetika Universiti Ludwig Maximilian (LMU) Munich mempersembahkan jurnal "PLoS Biology" sebagai langkah genetik penting semasa evolusi simbioses tumbuhan dengan bakteria penentuan nitrogen. Dalam simbiosis ini, bakteria di dalam sel-sel akar tumbuhan mengikat nitrogen yang didambakan dari udara - dengan itu memberi tuan rumah kelebihan ekologi yang signifikan.

Dalam satu lagi kajian, diterbitkan pada masa yang sama dalam jurnal "Prosiding Akademi Sains Kebangsaan Amerika Syarikat (PNAS)", penyelidik, dengan kerjasama pasukan Perancis, memperlihatkan bahawa pelbagai bentuk simbiosis akar yang membaiki nitrogen mempunyai unsur-unsur genetik biasa, mungkin daripada asal evolusi yang sama.

Simbiosis purba sebagai "ibu" genetik

Apa yang disebut Arbuscular Mycorrhiza adalah simbiosis di seluruh dunia antara tumbuhan dan kulat yang lebih tinggi dari kumpulan Glomeromycota. Bentuk persatuan yang sudah tua itu mungkin dibuat lebih daripada 400 juta tahun yang lalu dan kini dikendalikan oleh kira-kira 80 peratus daripada semua tumbuhan tanah. Dalam simbiosis, kulat menyerap melalui miselium tanah yang luas sel-sel filamen, hyphae, nutrien dan mineral terlarut, terutamanya fosfat, dan menjadikannya mudah untuk tanaman tuan rumah.

"Simbiosis kuno ini adalah pusat kepada banyak tumbuhan, atau bahkan sangat penting, " kata Parniske. "Dari sudut pandangan evolusi, sangat menarik bahawa Arbuscular Mycorrhiza yang lama-evolusi dianggap sebagai 'peranan keibubapaan genetik' untuk bentuk simbiosis akar yang lebih muda dan lebih muda, simbiosis akar nodul." Banyak kekacang menggunakan simbiosis akar nodul dan tergolong dalam kumpulan kecil tumbuhan yang boleh mengambil rakan kongsi bakterinya di dalam sel tumbuhan. Ini seterusnya, membolehkan, berdekatan dengan mycorrhiza arbuscular intraselular, hubungan yang sangat rapat dan pemindahan jisim yang cekap antara tuan rumah dan tetamu. paparan

Pengembangan fungsi membawa kepada simbiosis intraselular

Walau bagaimanapun, perubahan genetik yang membolehkan genesis jenis simbiosis ini tertentu tidak jelas. Sudah lama telah disyaki bahawa merekrut gen dari mycorrhiza arbuskular adalah langkah penting dalam membuat program herba mereka yang konservasi berguna untuk simbiosis intraselular dengan bakteria. Petunjuk penting untuk ini adalah bahawa beberapa gen tergolong dalam program genetik biasa yang menggabungkan AM dan nitrogen-fixing nodule symbiosis akar.

Contohnya ialah gen yang dikenali sebagai "symbiosis reseptor kinase", SYMRK untuk jangka pendek. "Kami kini telah menunjukkan bahawa SYMRK mempunyai kepelbagaian struktur dan fungsi merentasi garis tumbuhan yang berlainan, unik di kalangan gen simbiotik yang dikenali, " kata Parniske. "Penemuan kami mendedahkan bahawa lanjutan fungsi SYMRK mewakili satu langkah penting dalam evolusi simbiosis intraselular intraselular."

Permulaan biasa mungkin

Versi SYMRK yang lebih lama boleh didasarkan pada pengambilan gen AM untuk simbiosis nodul bakteria kerana ia mempunyai pelbagai fungsi yang sesuai dan boleh didapati di semua kumpulan tumbuhan yang terlibat. Ini termasuk kacang-kacangan, tetapi juga tumbuhan actinorhizal yang disebut seperti alder dan buckthorn laut, yang masuk ke dalam simbiosis dengan bakteria Frankia. "Secara keseluruhannya, penemuan dari kedua-dua kajian itu menunjukkan asal usul evolusi dari simbiosis akar intraselular dengan bakteria pembetungan nitrogen, " kata Parniske. "Kerja kami sekarang memberikan pandangan yang signifikan ke dalam asas genetik dan evolusi simbiosis canggih ini."

Penemuan penting untuk bioteknologi

Perbezaan genetik antara tumbuh-tumbuhan kekacang dan bukan nitrogen juga merupakan kepentingan bioteknologi yang hebat. Dalam sistem semula jadi, jenis kewujudan semacam ini terhad kepada beberapa kumpulan tuan rumah - yang, bagaimanapun, mendapat banyak manfaat daripadanya.

Ini juga merupakan harta yang wajar dari segi ekonomi, kerana pengeluaran baja nitrogen menggunakan sejumlah besar tenaga dan dengan itu bahan bakar fosil. Penyiasatan masih diperlukan untuk menjelaskan lebih lanjut keunikan genetik tumbuhan pembentuk serbuk sari. Pada suatu hari ia mungkin dapat memindahkan simbiosis simbiotik ke tumbuhan lain - seperti bijirin atau tumbuh-tumbuhan penting lain dalam ekonomi dunia.

(Universiti Munich, 05.03.2008 - NPO)