Сегодня в мире насчитывается более 500 000 видов растений. Все они произошли от общего предка. Как произошел этот скачок в биоразнообразии, пока неясно. В предстоящем номере журнала Nature международная команда исследователей, в том числе ученые из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге, представляет результаты уникального проекта по эволюции растений. Используя генетические данные из 1147 видов, команда создала наиболее полное эволюционное дерево для зеленых растений на сегодняшний день.
Историю и эволюцию растений можно проследить примерно до миллиарда лет. Водоросли были первыми организмами, которые использовали солнечную энергию с помощью хлоропластов. Другими словами, они были первыми растительными организмами, которые провели фотосинтез. Сегодня насчитывается более 500 000 видов растений, включая как водные, так и наземные. Целью нового исследования в Природе было разгадать генетические основы этого развития. «Некоторые виды начали появляться и развиваться несколько сотен миллионов лет назад. Однако сегодня у нас есть инструменты, чтобы оглянуться назад и посмотреть, что произошло в то время», — объясняет физиолог растений профессор Марсель Квинт из Института сельскохозяйственных и пищевых наук в БЗ.
Quint возглавляет подпроект с биоинформатиком профессором Иво Гроссе, также из MLU, в рамках «Инициативы по транскриптомам на тысячу растений», глобальной сети, насчитывающей около 200 исследователей. Команда собрала образцы 1147 видов наземных растений и водорослей для анализа паттернов экспрессии генов в каждом организме (транскриптом). Используя эти данные, исследователи реконструировали эволюционное развитие растений и появление отдельных видов. Их внимание было сосредоточено на видах растений, которые еще не изучены на этом уровне, включая многочисленные водоросли, мох, а также цветущие растения.
«Это был очень особенный проект, потому что мы не просто анализировали отдельные компоненты, но и выполняли транскриптомы более чем тысячи растений, предоставляя гораздо более широкую основу для наших выводов», — объясняет Иво Гросс. Подпроект под руководством ученых MLU смотрел на развитие и расширение больших семейств генов в растениях. «Некоторые из этих генных семейств продублировались в течение миллионов лет. Этот процесс мог бы стать катализатором эволюции растений: наличие значительно большего количества генетического материала может привести к появлению новых возможностей и совершенно новых характеристик», — говорит Марсель Куинт. Одной из основных целей проекта было выявление потенциальной связи между генетическим дублированием и ключевыми инновациями в растительном мире, такими как развитие цветов и семян. Куинт и Гросс провели свои исследования в сотрудничестве с учеными из университетов в Марбурге, Йене и Кельне, а также Института эволюционной биологии им. Макса Планка в Плоне. Большинство анализов было проведено Мартином Поршем, аспирантом в лаборатории Иво Гроссе.
Исследователи использовали комплексный набор данных для создания нового эволюционного дерева для растений. Это показывает, что одно из наших предыдущих предположений об эволюции растений было неточным: «Мы привыкли думать, что наибольшее генетическое расширение произошло во время перехода к цветущим растениям. В конце концов, эта группа содержит большинство существующих сегодня видов растений». говорит Мартин Порш. Однако новые данные показывают, что генетические основы для такого расширения биоразнообразия были заложены гораздо раньше. «Переход от водных к наземным растениям стал отправной точкой для всех дальнейших генетических разработок. Эта разработка была самой большой проблемой для растений, и поэтому им требовалось больше генетических инноваций, чем когда-либо прежде», — продолжает Порш. » Мы обнаружили огромное увеличение генетического разнообразия во время этого перехода, после чего оно достигло плато. С этого времени почти весь генетический материал стал доступен для стимулирования эволюционного прогресса и создания биологического разнообразия, которое мы наблюдаем сегодня », — заключает Иво Гроссе. По словам исследователей, основной рост цветковых растений начался только много миллионов лет спустя, потому что, среди прочего, в течение длительного времени отсутствовали подходящие условия окружающей среды, кроме того, поскольку эволюция не является запланированным процессом, определенные генетические потенциалы проявились намного позже — или не проявились вообще. По словам исследователей, основной рост цветковых растений начался только через много миллионов лет, потому что, среди прочего, в течение длительного времени отсутствовали подходящие условия окружающей среды. Кроме того, поскольку эволюция не является запланированным процессом, определенные генетические потенциалы проявились намного позже — или не проявились вовсе. По словам исследователей, основной рост цветковых растений начался только через много миллионов лет, потому что, среди прочего, в течение длительного времени отсутствовали подходящие условия окружающей среды. Кроме того, поскольку эволюция не является запланированным процессом, определенные генетические потенциалы проявились намного позже — или не проявились вовсе.