ROP-сигнализация: её происхождение на заре многоклеточной жизни растений
ROP-белки, особая группа растительных белков, контролируют формирование тканей. Хью Малви и Лиам Долан из Института Грегора Менделя (GMI) показали, что ROP-белки эволюционировали на переходе от одноклеточной к многоклеточной жизни растений. Результаты опубликованы 30 ноября в журнале Current Biology.
ROP-белки — это подсемейство семейства RHO GTPase, присутствующее только у растений. У наземных растений они необходимы для регуляции трёхмерного развития тканей и формирования органов.
В новом исследовании учёные стремились определить момент эволюции ROP-сигнализации и обнаружили, что он совпадает с возникновением многоклеточности у растений.
Сходство последовательности и функции
Исследователи объединили филогенетику и генетические исследования комплементации.
Филогенетика: Последовательность ROP-белка оказалась высококонсервативной между наземными растениями (на примере модели Marchantia) и многоклеточными стрептофитовыми водорослями Klebsormidium и Coleochaete. Однако последовательность отличалась у одноклеточных и колониальных водорослей, таких как Mesostigma и Chlorokybus.
Генетическая комплементация: В экспериментах на растениях Marchantia, лишённых нативного ROP-белка, вводили гомологи ROP от трёх видов водорослей.
- Гомологи от многоклеточных Coleochaete или Klebsormidium восстанавливали нормальный рост, как с нативным белком Marchantia.
- Гомолог от одноклеточного Chlorokybus не позволял растениям развиваться нормально.
Это показало, что у многоклеточных стрептофитовых водорослей и наземных растений сходна не только последовательность ROP, но и его функция.
Эволюционный переход к многоклеточности
Объединив данные, учёные пришли к выводу: ROP-сигнализация высококонсервативна с момента последнего общего предка многоклеточных нитчатых стрептофитовых водорослей и наземных растений. Это совпадает с точкой в эволюции, в которой возникла многоклеточность в этой линии.
Переход от одноклеточного к многоклеточному нитчатому плану строения требовал развития механизмов, ограничивающих рост и деление клеток одним направлением и удерживающих клетки вместе после деления.
«Поскольку известно, что ROP-белки у наземных растений контролируют поляризованный рост клеток и ориентацию клеточного деления, мы предполагаем, что эволюция ROP-сигнализации в этой линии могла способствовать эволюции многоклеточности и морфологическому переходу к многоклеточному плану строения», — заключают авторы.