Древние мхи заняли сушу, "украв" у бактерий несколько генов

Ученым удалось обнаружить в генетическом материале в целом более девяти ста "чужих" генов.

Молекулярные американские биологи исследовали геном одного из самых примитивных видов мхов и выявили 39 генов, которые общий предок растений и мхов "позаимствовал" у грибов, бактерий и вирусов при переселении на землю из вод.

Принято считать, что первые растения - риниофиты – образовались на суше приблизительно 480 млн. лет назад, на начальном этапе ордовикского периода. Выход на сушу удался благодаря специфическим приспособлениям, к данному числу относятся клеточные прочные стенки, которые препятствуют испарению влаги, и системы транспортировки питательных элементов и воды между растительными тканями.

Команда учёных во главе с Цзинь-Лина Хуаном университета Восточной Каролины г. Гринвилль (Америка) попыталась найти "корни" данных приспособлений, исследовав геном самых родных нынешних родственников риниофитов - Physcomitrella patens.

Значительные различия в жизнедеятельности наземных растений и водорослей натолкнули авторов исследования на мысль, что прародитель мхов и риниофитов приспособился к земной жизни благодаря горизонтальному передвижению генов - обмену ДНК фрагментами между клетками разных видов живых существ.

Учёные предположили, что такие гены можно обнаружить в ДНК мхов, ведь они отделились от общего эволюционного процесса растений почти сразу после освоения земли и с того времени почти не изменились. Ученые обнаружили в геноме Physcomitrella patens элементы грибной, вирусной и бактериальной ДНК и изучили их функции и природу.

В целом ученым удалось найти в генетической материи Physcomitrella patens более девяти ста "чужих" генов, приблизительно 120 из них отвечали за приспособление к земному образу жизни. Они были объединены биологами в 57 действующих семейств, и проверены на наличие аналогичных генов в голосеменных геномах папоротников и цветковых растений.

На удивление биологов, восемнадцать семейств "чужих" генов, найденных в геноме мха, есть и в геноме водорослей. Из этого следует, что предки растений "переняли" эти гены за долгое время до выхода на землю. Остальные 39 групп присутствуют в ДНК нескольких разновидностей сухопутных растений. Судя по всему, в геном прародителей растений они попали в ходе их приспособления к земному обитанию либо после выхода из моря.

Данные ДНК участки отвечают за различные функции. Например, несколько генов, которые были унаследованы от бактерий, включены в процесс разложения целлюлозы, синтеза крахмала и транспортировки питательных элементов между тканями растений, а ДНК вирусов и грибов - в защите клеток от неблагоприятных обстоятельств окружающей среды.

Ученые полагают, что горизонтальный генный обмен между микробами и предком многоклеточных растений возможен был благодаря тому, что половые их клетки не были также хорошо защищены от атак, как гаметы нынешних растений.

Последовательность нескольких "удачных" генных обменов привела к тому, что некоторые водоросли стали весьма приспособленными к жизни на суше и воспользовались возможностью освоить новый мир.

Так, Хуану с коллегами удалось доказать, что предки нынешних растений набрали значительно число генов у бактерий и грибов при заселении земли. Вполне вероятно, что те же процессы были свойственны эволюции животных. Авторы исследования планируют в последующих работах проверить данную гипотезу.