Белки нервной системы помогли растениям размножаться

Глутаматные рецепторы представляют собой ионные каналы, которые обеспечивают передачу сигнала в центральной и периферической нервной системе. Эти белки широко представлены в организме животных и хорошо изучены на их примере. Однако известно, что гены, кодирующие такие молекулы (GLR), также широко распространены у некоторых растений, которые нервной системой в современном понимании не обладают. Предполагается, что GLR могут участвовать в защите от патогенов, фотосинтезе, а также размножении. Точные механизм и вклад этих генов в эволюцию растений, тем не менее, остаются неизвестны. Чтобы восполнить пробел, авторы новой работы изучили геном мха Physcomitrella patens.

Мох P. patens нередко используется в качестве модельного организма: несколько лет назад его геном был полностью расшифрован. Кроме того, это высшее растение обладает рядом особенностей. Так, организм относится к однодомным, что позволяет скрещивать его in vitro, и проводить эффективные генетические манипуляции. Модифицированный P. patens рассматривается в качестве растения, которое допускает культивирование на Марсе. Чтобы выяснить, какую роль GLR играют в жизни таксона, специалисты из Колледж Парка и Института Гюльбенкяна проанализировали распространенность генов PpGLR1 и PpGLR2 в разных тканях мха методом полимеразной цепной реакции (ПЦР). Наблюдения показали, что характерная экспрессия встречается во всех частях растения, включая сперматозоиды.

Наиболее выраженной экспрессия оказалась в спорофитах и гаметофитах, что подтверждает участие генов в размножении. Затем авторы последовательно нокаутировали целевые участки генома и смотрели, как это отражается на репродукции организма на молекулярном уровне. Согласно результатам, мутантные линии произвели значительно меньше спорофитов по сравнению с дикими, и они хуже созревали. Любопытно при этом, что дефект отражался только на функциональности, но не формировании репродуктивных органов: архегоний (женский орган) и антеридий (мужской) развивались аналогично здоровым образцам.

Также исследователи пришли к выводу, что нокаут GLR приводит к нарушению экспрессии другого гена — BELL1, участвующего в росте спор. Несмотря на специфические функции, механизм работы глутаматных рецепторов в P. patens при этом оставался прежним, — они формировали ионные каналы для обеспечения притока кальция. Авторы отмечают, что человеческие сперматозоиды тоже имеют рецепторы глутамата, но это может быть совпадением. «Было бы иронично обнаружить, что регулирование активности сперматозоидов глутаматными рецепторами — эволюционно консервативный механизм, изучая мох», — сообщил соавтор работы Хосе Фейджо (José A. Feijó).

Статья опубликована в журнале Nature.

Ранее стало известно, что российские ученые приступили к селекции растения, поглощающего радиоактивное излучение.