Sono stati identificati due geni critici per le piante che hanno colonizzato la Terra 470 milioni di anni fa

I ricercatori hanno gettato nuova luce sull’origine della vita vegetale sulla Terra

ricercatori da Università di Copenaghen Ha gettato nuova luce sull’origine della vita vegetale sulla superficie del nostro pianeta. In particolare, hanno dimostrato che due geni sono necessari affinché le piante terrestri si proteggano dagli attacchi dei funghi, un meccanismo di difesa che risale a 470 milioni di anni fa. È probabile che queste difese abbiano aperto la strada a tutta la vita vegetale terrestre.

Mads Eggert Nielsen, biologo dell’Università di Copenaghen.

Le piante si sono evolute dalle alghe acquatiche alla capacità di sopravvivere sulla Terra quasi mezzo miliardo di anni fa, ponendo le basi per la vita sulla Terra. Uno degli ostacoli che ha reso così difficile questa drammatica trasformazione sono stati i funghi:

Si stima che 100 milioni di anni fa i funghi si insinuassero sulla superficie terrestre in cerca di cibo, molto probabilmente trovati in alghe morte portate via dal mare. Quindi, se tu, come una nuova pianta, ti stabilirai sul terreno e la prima cosa che incontri è un fungo che ti mangia, hai bisogno di una sorta di meccanismo di difesa”, afferma Mads Eggert Nielsen, biologo del Dipartimento di Scienze vegetali e ambientali dell’Università di Copenaghen.

Secondo Mads Eggert Nielsen e colleghi di ricerca del Dipartimento di scienze vegetali e ambientali e dell’Università di Paris-Sclay, il nucleo di questo meccanismo di difesa può essere ristretto a due geni, PEN1 e SYP122. Insieme, aiutano a formare un tipo di componente nelle piante che impedisce l’invasione di funghi e organismi simili a funghi.

“Abbiamo scoperto che se distruggiamo questi due geni nel nostro modello di Arabidopsis, apriamo la porta alla penetrazione dei funghi patogeni. Abbiamo scoperto che sono essenziali per la formazione di questo tappo simile a una parete cellulare che protegge dai funghi. È interessante notare che, sembra essere un meccanismo di difesa universale che si trova in tutte le piante terrestri”, afferma Mads Eggert Nielsen, autore senior dello studio, che è stato pubblicato sulla rivista Science. eVita.

Sono cresciuto in una fabbrica di 470 milioni di anni fa

Il team di ricerca ha testato la stessa funzione nell’erba epatica, discendente diretto di una delle prime piante terrestri sulla Terra. Prendendo i due geni corrispondenti nell’erba epatica e inserendoli nel cressus, i ricercatori hanno esaminato se potevano determinare lo stesso effetto. La risposta era sì.

Esperimenti con modello Arabidopsis Credito: Mads Eggert Nielsen

“Sebbene le due famiglie di piante a cui appartenevano Arabidopsis ed epatica si siano evolute in direzioni divergenti 450 milioni di anni fa, hanno continuato a condividere funzioni genetiche. Crediamo che questa famiglia di geni sia nata con lo scopo unico di gestire questo meccanismo di difesa, e quindi è stato Una delle fondamenta delle piante per affermarsi sul terreno”, afferma Mads Eggert Nielsen.

La convivenza di piante e funghi

Mentre i funghi erano un ostacolo per le piante nella loro transizione da alghe marine a piante terrestri, erano anche un prerequisito. Mads Eggert Nielsen spiega che una volta che le piante sono riuscite a sopravvivere agli attacchi dei funghi che cercavano di mangiarle sulla Terra, il problema successivo che hanno dovuto affrontare è stato trovare i nutrienti:

Le piante negli ambienti acquatici hanno un facile accesso ai nutrienti disciolti come fosforo e azoto. Ma 500 milioni di anni fa, il suolo come lo conosciamo oggi non esisteva, solo rocce. I nutrienti legati alle rocce sono estremamente difficili da ottenere per le piante. Ma non per i funghi. D’altra parte, i funghi non possono produrre carboidrati, motivo per cui consumano piante. È qui che si ritiene che sia sorta la relazione simbiotica tra piante e funghi, che è poi diventata la base per l’esplosione della vita vegetale terrestre durante questo periodo”.

Le strutture difensive che si formano nella pianta non uccidono né la pianta né il fungo, semplicemente impediscono al fungo di invadere.

“Dato che i funghi possono entrare solo parzialmente nella pianta, riteniamo che si verifichi un punto critico in cui sia la pianta che il fungo hanno qualcosa da guadagnare. Pertanto, è stato utile mantenere la relazione così com’è. La teoria secondo cui le piante hanno addomesticato i funghi per colonizzare la terra Non è nostra, ma forniamo foraggio che supporta questa idea”, afferma Mads Eggert Nielsen.

Può essere applicato in agricoltura

Le nuove scoperte aggiungono un tassello importante al puzzle della storia evolutiva delle piante. Ancora più importante, possono essere utilizzati per rendere le colture più resistenti agli attacchi dei funghi, che è un grosso problema per gli agricoltori.

“Se tutte le piante si difendono allo stesso modo, ciò dovrebbe significare che i microrganismi in grado di causare malattie – come l’oidio, la ruggine gialla e il marciume delle patate – hanno trovato un modo per infiltrarsi, fermare o eludere le difese delle rispettive piante ospiti. Noi “Voglio sapere. Come fanno. Cercheremo quindi di trasferire i componenti difensivi dalle piante resistenti a quelle che si ammalano, e quindi ottenere resistenza”, afferma Mads Eggert Nielsen.

Mads Eggert Nielsen sta partecipando a un progetto di ricerca nel Dipartimento di Scienze Botaniche e Ambientali guidato da Hans Thordal-Christensen e sostenuto dalla Novo Nordisk Foundation che si concentra sul rendere le colture più resistenti identificando i meccanismi di difesa nelle piante che i microrganismi patogeni stanno provando indirizzare. chiudere.

Fatti aggiuntivi

I ricercatori hanno a lungo ipotizzato che i geni PEN1 e SYP122 svolgessero una funzione speciale per quanto riguarda la transizione delle piante dalla loro fase acquatica come alghe alle piante terrestri, ma non ci sono prove concrete sul fatto che siano effettivamente un prerequisito per le piante. capacità difensive.

Precedenti studi hanno dimostrato che distruggendo il gene PEN1, le piante perdono la capacità di difendersi dall’oidio. Tuttavia, quando il gene strettamente correlato, SYP122, viene distrutto, non accade nulla. I nuovi risultati della ricerca mostrano che i due geni insieme costituiscono una chiave importante nel meccanismo di difesa della pianta.

Riferimento: “Le strutture vegetali SYP12 mediano un’immunità generale evolutivamente conservata ai patogeni dei nematodi” Di Hector M Rubiato, Mingqi Liu, Richard J O’Connell e Mads E. Nielsen, 4 febbraio 2022, disponibile qui. eVita.
DOI: 10.7554 / eLife.73487