Итальянские ученые совершили открытие, объясняющее, как древнее генетическое событие позволило растениям адаптироваться к выживанию в почвах, которые загрязнены тяжелыми металлами. Специалисты из Фонда Эдмунда Маха и Пизанского университета установили, что на раннем этапе эволюции цветковых растений произошло удвоение генов, отвечающих за детоксикацию, что и дало им возможность противостоять токсичной среде.
Ключевую роль в защите растительных организмов от таких ядовитых металлов, как кадмий и мышьяк, выполняют ферменты, известные как фитохелатинсинтазы (PCS). Они производят особые пептиды, способные связывать и нейтрализовывать токсины, изолируя их в клеточных вакуолях. Хотя отдельные гены PCS были известны и ранее, общая картина их эволюционного развития оставалась неясной. Как сообщает RuSamara, в ходе нового исследования ученые проанализировали более 130 полных геномов растений.
В результате анализа было обнаружено древнее удвоение гена, которое привело к разделению генов PCS на два различных семейства — D1 и D2. Дальнейшие эксперименты продемонстрировали, что ферменты, относящиеся к типу D2, проявляют значительно большую активность в связывании кадмия и мышьяка, обеспечивая тем самым более высокую устойчивость к стрессовым условиям. Гены D1, в свою очередь, отвечают за поддержание общего баланса и обеспечивают умеренный уровень детоксикации.
По словам доктора Клаудио Варотто, ведущего автора исследования, эти две копии генов успешно сосуществовали на протяжении более ста миллионов лет, так как они эффективно дополняют друг друга. D1 обеспечивает стабильность защитных механизмов, в то время как D2 придает им мощность. Такая двойная система наделяет растения гибкостью, которая необходима для адаптации к различным концентрациям металлов в почве.
Данное открытие не только расширяет научное понимание эволюции растений, но и создает новые возможности для развития сельского хозяйства. Используя полученные знания, селекционеры смогут разрабатывать новые сорта культур, устойчивые к загрязненным почвам, и одновременно снижать накопление тяжелых металлов в их съедобных частях. Кроме того, эти генетические данные могут быть применены для совершенствования технологий фиторемедиации, в рамках которых растения используются для очистки окружающей среды от токсичных веществ.