Нови данни за развитието на растенията и произхода на видовете

Днес в света има над 500 000 растителни вида. Всички те са се развили от общ прародител. Как се е случил този скок в биоразнообразието, все още не е ясно. В сп. Nature международен екип от изследователи, включително учени от университета Мартин Лутер Хале-Витенберг, представя резултатите от уникален проект за еволюцията на растенията. Използвайки генетични данни от 1147 вида, екипът създава най-изчерпателното еволюционно дърво за зелените растения правено до момента.

Историята и еволюцията на растенията могат да бъдат проследени от около един милиард години. Водораслите са първите организми, които използват слънчевата енергия с помощта на хлоропласти. С други думи, те са първите растителни организми, извършили фотосинтеза. Днес съществуват над  500 000 растителни вида, включително водни и сухоземни растения. Целта на новото изследване е да разгадае генетичните основи на това развитие. „Някои видове започват да се появяват и развиват преди няколко стотици милиони години. Днес разполагаме с инструменти, които ни позволяват да погледнем назад и да видим какво се е случило в онези времена“, обяснява физиологът проф. Марсел Куинт от Института за земеделски и хранителни науки в университета Мартин Лутер Хале-Витенберг.

Съвместно с колегата си професор Иво Грос, експерт по биоинформатика, Куинт ръководи  подпроект като част от инициативата „One Thousand Plant Transcriptomes Initiative “, включваща глобална мрежа от около 200 учени. Екипът събира проби от 1147 сухоземни растителни вида, както и водорасли, за да анализира моделите на генна експресия на генома на всеки организъм (т.нар. транскриптом). Използвайки тези данни, изследователите реконструират еволюционното развитие на растенията и появата на отделните видове. Фокусът е поставен върху растителни видове, които досега не са проучвани на това ниво, включително многобройни водорасли, мъх и цъфтящи растения.

„Това беше много специален проект, тъй като ние не просто анализирахме отделни компоненти, а цялостни транскриптоми на над хиляда растения, осигурявайки много по-широка основа за нашите открития“, коментира Иво Грос. Проектът разглежда развитието и разрастването на големи генетични растителни семейства. „Някои от тези генетични семейства се дублират в течение на милиони години. Този процес може да е катализатор за развитието на растенията – наличието на значително повече генетичен материал разкрива нови способности и напълно нови характеристики“, допълва Марсел Куинт. Една от основните цели на проекта е да се идентифицира потенциална връзка между генетичните дублирания и ключовите иновации в растителното царство, като например развитието на цветя и семена. Куинт и Грос провеждат своите изследвания в сътрудничество с учени от университетите в Марбург, Йена и Кьолн, и Института за еволюционна биология „Макс Планк” в Пльон. По-голямата част от анализите са дело на Мартин Порш, докторант в лабораторията на Иво Грос.

Изследователите използват изчерпателния набор от данни, за да създадат ново еволюционно дърво за растенията. То показва, че едно от предишните предположения на учените за еволюцията на растенията е било неточно: „Ние смятахме, че най-голямото генетично разрастване е настъпило по време на прехода към цъфтящи растения, тъй като към  тази група спадат по-голямата част от съществуващите днес видове растения“,  казва Мартин Порш. Новите данни обаче разкриват, че генетичните основи на това разширяване на биоразнообразието са поставени много по-рано. „Преходът от водни към сухоземни растения е отправната точка за цялото по-нататъшно генетично развитие. Това е било  най-голямото предизвикателство пред растенията и затова те са се нуждаели повече отвсякога от генни иновации“, продължава Порш. „Ние открихме огромно увеличение на генетичното разнообразие по време на този преход, след който настъпва застой. От този момент нататък почти целият генетичен материал е на разположение, за да задвижва еволюционния прогрес и да генерира биоразнообразието, което наблюдаваме днес“, заключава Иво Грос.


РЕКЛАМА:

***

Според изследователите, голямото разпространение на цъфтящите растения започва едва много милиони години по-късно, защото, наред с други фактори, дълго време липсват подходящи условия в околната среда. Освен това, тъй като еволюцията не е планиран процес, някои генетични възможности се проявяват много по-късно или пък изобщо не биват проявени.

 

Превод: Елена Страхилова

Източник: Science Daily

 

 


Европейска нощ на учените 2022 г.: