Геномные археологи раскрыли происхождение растительного гормона

Биохимики и биоинформатики из Вагенингена в поисках происхождения универсального гормона растений ауксина выступили в роли археологов. Глубоко в эволюционной истории растительной жизни на Земле, около миллиарда лет назад, они обнаружили фрагменты белков, уже тогда родственных этому гормону. Исследование, опубликованное в ведущем онлайн-журнале eLife 27 марта, дает ученым новое понимание эволюции и открывает возможности для селекционеров.

Развитие растений — рост верхушки, образование боковых побегов и корней, поворот листьев к свету, цветение — запускается гормоном ауксином. Его варьирующая концентрация в клетках и тканях делает ауксин одной из самых сложных биохимических систем, определяющих рост. «Загадка в том, как все эти реакции стали возможны благодаря этой древней молекуле и как возникла такая сложная система», — говорит профессор Дольф Вейерс, руководитель исследования.

Три древних семейства белков

Кандидат наук Сумант Мутте изучил геномы более тысячи современных видов растений с разной эволюционной историей: от цветковых растений (отделились 320 млн лет назад) до мхов, папоротников и одноклеточных зеленых водорослей возрастом около миллиарда лет.

Исследование показало, что известная нам система ауксина была полностью сформирована полмиллиарда лет назад, с появлением первых наземных растений. Однако один из трех белковых семейств, опосредующих функции ауксина, уже присутствовал у зеленых водорослей. Еще глубже, миллиард лет назад, были обнаружены фрагменты всех трех белковых семейств. Они до сих пор встречаются в современных растениях, но, вероятно, изначально имели другую функцию.

Экспериментальная проверка

Постдокторант Хиротака Като проверил эти находки с помощью «экспериментальной геномной археологии» на растениях трех разных эр: водорослях, мхах и папоротниках. Он изучал, как их геномы реагируют на ауксин, например, определяя количество генов, которые гормон включает или выключает.

«Это показывает, как система ауксина усложнялась и какие компоненты растения могут модифицировать, чтобы использовать гормон для регулирования своего роста и формы», — поясняет профессор Вейерс.

Более глубокое понимание базовой функции ауксина важно для наук о жизни и может быть использовано в селекционных программах для создания новых сортов сельскохозяйственных культур.