500 миллионов лет назад горизонтальный перенос генов между грибами и растениями мог стать отправной точкой для формирования первых экосистем на Земле. Новое исследование ученых из Университета Тулузы показало: эти организмы не просто сосуществовали — они обменивались генами. Рассказываем обо всем по порядку.
Предыстория: каким был контекст миллионы лет назад?
Первые растения только пробовали укорениться на суше. Это были бриофиты — предки современных мхов. Простые по строению, без корней и проводящих тканей.
Среда была далека от комфортной: жесткое ультрафиолетовое излучение, нехватка влаги, отсутствие почвы и полезных микробных сообществ. Но были грибы, уже освоившиеся в экстремальных условиях.
Что именно нашли ученые?
Они обнаружили у Marchantia polymorpha — одного из древнейших наземных мхов — гены, предположительно заимствованные у грибов. Эти гены отвечают за синтез терпенов — соединений, которые помогают растениям выживать вне воды: они защищают от патогенов, удерживают влагу и, возможно, участвуют в формировании симбиотических связей.
Причем эти гены до сих пор активны — они экспрессируются в особых клетках мха, называемых масляными телами. Это мини-фабрики по производству защитных соединений.
Как работает горизонтальный перенос генов?
В норме гены передаются от родителя к потомку. Но в некоторых случаях возможен другой сценарий: один организм может «поделиться» фрагментом своей ДНК с другим — даже если они принадлежат к разным группам живых существ. Этот механизм называется горизонтальным переносом генов (HGT). Чаще всего его наблюдают у бактерий — например, именно так они передают друг другу устойчивость к антибиотикам.
Ученые предполагают несколько сценариев, как именно мог произойти перенос:
- благодаря тесному симбиозу между грибами и ранними наземными растениями. Даже без настоящих корней у бриофитов уже существовали структуры (ризоиды), через которые шел обмен веществами
- в процесс могли быть вовлечены вирусы, способные переносить гены от одного организма к другому
- возможно, клетки грибов проникали внутрь тканей растения, а затем их генетический материал встраивался в растительный геном.
Понимание этого процесса может быть актуальным сегодня для развития устойчивых культур в условиях изменения климата.