Laut einem Bericht, der in veröffentlicht wurde eLife, die Abwehrmechanismen, die Pflanzen verwenden, um einen weit verbreiteten Schädling, die Raupe, zu erkennen und darauf zu reagieren, haben sich aus einem einzigen Gen entwickelt, das sich über Millionen von Jahren entwickelt hat, berichtet Phys.org-Portal.
Eine Studie von Washingtoner Wissenschaftlern hat gezeigt, dass einige Pflanzen wie Sojabohnen dieses schützende Gen im Laufe der Zeit verloren haben, aber Experten vermuten, dass die Wiedereinführung des Gens (durch Züchtung, Gentechnik) dazu beitragen kann, die Ernte vor Ernteausfällen zu schützen.
Der Gesundheitszustand einer Pflanze hängt davon ab das Immunsystem, das es erbt. Bei Pflanzen bedeutet dies, bestimmte Arten von Mustererkennungsrezeptoren zu vererben, die verschiedene Krankheitserreger und Peptide erkennen und eine entsprechende Immunantwort auslösen können.
Das Vererben der richtigen Arten von Mustererkennungsrezeptoren könnte es Pflanzen ermöglichen, Bedrohungen zu erkennen und mit Krankheiten und Schädlingen fertig zu werden.
Um diese Lücke zu schließen, machte sich das Team daran, die wichtigsten evolutionären Ereignisse zu identifizieren, die es Pflanzen ermöglichten, auf eine gemeinsame Bedrohung zu reagieren: die Raupe. Es war bereits bekannt, dass Hülsenfruchtarten, einschließlich Mungobohnen und Schwarzaugenerbsen, eine einzigartige Fähigkeit haben, auf Peptide zu reagieren, die im Mund von Raupen produziert werden, wenn sie durch Pflanzenblätter nagen.
Die Wissenschaftler untersuchten die Genome dieser Pflanzengruppe im Detail, um festzustellen, ob sich ein gemeinsamer Mustererkennungsrezeptor namens Inceptin-Rezeptor (INR) über Millionen von Jahren verändert hat und die Fähigkeit zur Erkennung von Raupen erlangt oder verloren hat.
Sie fanden heraus, dass ein einzelnes 28 Millionen Jahre altes Rezeptorgen perfekt zur Immunantwort von Pflanzen auf Raupenpeptide passt. Sie fanden auch heraus, dass es unter den Nachkommen der ältesten Pflanzenvorfahren, die zuerst das Rezeptorgen entwickelten, mehrere Arten gibt, die nicht auf Raupenpeptide reagieren können, das heißt, sie haben dieses Gen verloren.
Um zu verstehen, wie dieses alte Gen die Fähigkeit erlangte, neue Peptide in modernen Krankheitserregern zu erkennen, verwendete das Team eine Technik namens Ancestral Sequencing, bei der sie Informationen von allen modernen Rezeptoren kombinierten. Gene, um die ursprüngliche Sequenz im Alter von 28 Millionen Jahren vorherzusagen. Dieser angestammte Rezeptor war in der Lage, auf Raupenpeptide zu reagieren. Eine etwas ältere Version mit 16 Änderungen in der Rezeptorsequenz scheiterte jedoch.
Dies Die genetische Geschichte liefert zusammen mit Computermodellen, die zeigen, wie sich alte und moderne Rezeptorstrukturen möglicherweise unterschieden haben, Hinweise darauf, wie sich der Rezeptor entwickelt hat. Dies deutet darauf hin, dass vor mehr als 32 Millionen Jahren ein neues Schlüsselgen in das Genom einer Urpflanze eingeführt wurde, gefolgt von der schnellen Evolution verschiedener Formen des neuen Rezeptors. Eine dieser Formen erwarb die Fähigkeit, auf Raupenpeptide zu reagieren, und diese neue Fähigkeit wird nun von Dutzenden von Leguminosenarten geteilt.
In Zukunft hoffen Wissenschaftler, mehr über die Prozesse auf Genomebene zu erfahren, die neue Rezeptordiversität erzeugen, und noch unbekannte Immunrezeptoren in Pflanzengruppen zu identifizieren. Als mehr und mehr Mit genomischen Daten würden solche Ansätze "fehlende" Rezeptoren identifizieren, die nützliche Merkmale sind, um sie wieder in Pflanzen einzuführen, um zum Schutz von Nutzpflanzen beizutragen.