Генетики выяснили новые детали выхода первых растений на сушу

Выход растений на сушу стал одним из самых знаменательных событий в истории земной биосферы — и одним из самых интересных. Произошло это в среднем палеозое, между 400 и 500 миллионами лет назад, когда океаны давно кишели достаточно сложной жизнью. Для освоения континентов с их более непредсказуемыми и сложными условиями растениям потребовался ряд новых адаптаций, и авторы новой работы, опубликованной в журнале Cell, установили некоторые из них.

Ближайшими современными родственниками первых растений суши считают харофитовые водоросли. На это указывает, в частности, наличие у них фрагмопластов — деталей клеточного скелета, которые встречаются только у харофитов и высших растений и могут быть предшественниками твердой клеточной стенки. Исследования последних лет указали на претендента еще точнее — ими могут быть харофитовые водоросли сцеплянки (класс Zygnematophyceae).

К сожалению, за прошедшее с тех пор время клетки сцеплянок существенно упростились, не позволяя провести хороших параллелей между их анатомией и анатомией первых сухопутных растений. Поэтому для анализа генома большая международная команда ученых  выбрала не сцеплянок, а близких к ним водорослей лучиц из той же группы харовых, — они еще сохранили элементы нужных клеточных структур.

Секвенировав ДНК водоросли Chara braunii, генетики решили сравнить ее с ДНК растений суши (для сравнения был взят хорошо изученный геном резуховидки Arabidopsis thaliana). Авторы отметили, что выход на сушу, видимо, сопровождался изменениями в работе генов, регулирующих рост клеточной стенки (например, TANGLED1, который отсутствует у харофита, но имеется у сухопутной резуховидки).

Другие различия касаются фитогормонов, которые регулируют активность растения в зависимости от внешней среды и в непостоянных условиях суши приобретают особенно большое значение. Так, и водоросль, и резуховидка используют фитогормоны ауксин и этилен, хотя функциональность этих сигнальных путей у них различается. Кроме того, выделены гены, участвующие в дыхании растений, которое служит еще одной адаптацией для жизни в атмосфере, на суше.

Общее количество белков у харофита оказалось больше, чем у типичных водорослей, но меньше, чем у сухопутных растений. Они действительно находятся в промежуточной позиции между теми и другими, как «ранние земноводные» растительного мира, уже наполовину готовые к жизни вне водоемов.