Если бы растительная жизнь не освоилась в трех измерениях, наш мир выглядел бы совсем иначе. Не было бы ни деревьев, ни цветов, ни других сложных растений — а значит, не было бы ни животных, ни человека.
Ученые обнаружили специфический белок, который мог сыграть решающую роль в этом этапе эволюции растений — и, как следствие, помог им в завоевании суши. Примечательно, что найден он во мхе Physcomitrium patens — любимом исследователями и потому изученном, казалось бы, вдоль и поперек. Статья об открытии вышла в New Phytologist.
«Мы обнаружили белок, которого никогда раньше не видели, и который обладает уникальными свойствами. Он помогает нам лучше понять, как функционируют наземные растения», — говорит молекулярный биолог Элеазар Родригес из Копенгагенского университета, руководивший исследованием.
Если взглянуть на современное дерево, его рост зависит от фундаментальных биологических механизмов, возникших на заре эволюции растений. К ним относятся способы деления клеток в разных направлениях, получение клетками энергии для роста и регуляция белков внутри клетки.
«Без способности к трехмерному росту ландшафт выглядел бы совсем иначе. Не было бы деревьев и кустарников таких, какими мы видим их сегодня. Жизнь на суше, скорее всего, оставалась бы гораздо более ограниченной», — полагает биохимик Томас Юэль Аммитсё из Копенгагенского университета, один из первых авторов.
Белок RAK1 представляет собой гибрид двух уже известных белков — киназы и ацетилтрансферазы (очередной пример «лени» эволюции — для нее проще комбинация имеющегося, нежели изобретение чего-то нового). Влияя на энергетический обмен клетки, он помогает ей делиться в нескольких направлениях, формируя почки и побеги.
Для проверки роли этого сигнального белка у части мха его удалили. «Мы увидели, что клетки мха без RAK1 делились неправильно и формировали дефектные почки. Это показывает, что RAK1 критически важен для того, чтобы мох мог эффективно расти», — подчеркивает другой первый автор Клоэ де Люксан-Эрнандес.
Мхи стали одними из самых первых наземных растений, появившихся на Земле. До сих пор обретение мхом способности к трехмерному росту объясняли регуляцией генов. Теперь выясняется, что RAK1 помогает координировать метаболический баланс, необходимый для трехмерного роста.
«Наши результаты говорят о том, что переход от плоского к трехмерному росту растений зависит не только от регуляции генов, но и от точного метаболического контроля во время деления стволовых клеток и формирования почек», — отмечает Родригес.
Открытие касается не только мхов, но в целом дает понимание фундаментальных механизмов, лежащих в основе роста живых организмов.
«Как и стволовые клетки человека, стволовые клетки мха зависят от строго регулируемого метаболизма во время роста и деления. Наши данные позволяют предположить, что RAK1 служит частью этой регуляторной системы», — заключает биолог.
За существование сложной жизни на суше надо благодарить грибы — открытие
Первые сложные растения колонизировали сушу свыше 444 млн лет назад: исследование
Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX