Солнечный свет — источник энергии для фотосинтеза, без которого невозможна жизнь растений. Но у него есть и темная сторона: жесткое ультрафиолетовое излучение (УФ-В) повреждает ДНК, разрушает клеточные мембраны и нарушает работу фотосинтетических систем.
За сотни миллионов лет эволюции растения выработали изящное решение: специальный фоторецептор (светочувствительный белок) под названием UVR8, который действует как сигнализация. Когда на него попадают опасные лучи, он запускает каскад молекулярных реакций, заставляя клетки производить защитные вещества.
Но как именно сформировалась эта система? Чтобы заглянуть в прошлое, ученые из Женевского университета обратились к живому ископаемому — печеночнику Marchantia polymorpha. Это растение принадлежит к линии, которая отделилась от эволюционного древа еще тогда, когда первые растения только начинали завоевывать сушу, — больше 400 млн лет назад. По сути, перед исследователями был живой архив древнейших биохимических решений.
Результаты оказались неожиданными. Базовый механизм включения и выключения UVR8 оказался удивительно схож у примитивного печеночника и у современных цветковых растений (например, у резуховидки Таля Arabidopsis thaliana). Природа нашла удачную конструкцию и сохранила ее на сотни миллионов лет практически без изменений.
Однако, присмотревшись внимательнее, ученые обнаружили важные различия в том, как взаимодействуют вспомогательные белки. Ключевую роль в этой системе играют регуляторные белки COP1 и SPA. У цветковых растений SPA работает в тесной связке с COP1, контролируя рост растений и их защиту от стресса. У печеночника Marchantia картина совершенно иная.
«Белок SPA, который у цветковых растений играет важнейшую роль в регуляции развития, у этого древнего печеночника оказывает гораздо более ограниченное влияние, — поясняют постдокторанты Юанькэ Лян и Роман Подолец. — Более того, мутанты Marchantia без гена SPA демонстрируют повышенную устойчивость к ультрафиолету. Это говорит о том, что у предков SPA действовал не как помощник, а как тормоз защитной реакции».
Иными словами, эволюция не столько изобретала новые детали, сколько перенастраивала связи между уже существующими. «Фундаментальные “строительные блоки” системы присутствовали уже у самых ранних наземных растений, — подводит итог профессор Ульм. — Но их организация и регуляция постепенно перестраивались на протяжении миллионов лет».
Понимание того, как растения адаптировались к световому стрессу в прошлом, поможет ученым предсказать, как современные культуры и дикие виды отреагируют на новые условия, и, возможно, вывести более устойчивые сорта. Исследование опубликовано в научном журнале Plant Physiology.
Ранее Наука Mail рассказывала, как печеночникам удалось перебраться из воды на сушу и пустить корни в почву.
