Dois genes críticos foram identificados para plantas que colonizaram a Terra há 470 milhões de anos

Os cientistas pensam que é possível que os dois genes, PEN1 e SYP122, tenham aberto o caminho para todos os tipos de vida vegetal terrestre.

Pesquisadores lançam nova luz sobre como a vida vegetal se originou na Terra

pesquisadores de Universidade de Copenhague Ele lançou uma nova luz sobre como a vida vegetal se originou na superfície do nosso planeta. Especificamente, eles mostraram que dois genes são necessários para que as plantas terrestres se protejam do ataque de fungos – um mecanismo de defesa que remonta a 470 milhões de anos. É provável que essas defesas tenham aberto o caminho para toda a vida vegetal terrestre.

Mads Eggert Nielsen, biólogo da Universidade de Copenhague.

As plantas evoluíram de algas aquáticas para a capacidade de sobreviver na Terra há quase meio bilhão de anos, lançando as bases para a vida na Terra. Um dos obstáculos que dificultaram essa transformação dramática foram os fungos:

Estima-se que há 100 milhões de anos, os fungos rastejaram pela superfície da Terra em busca de alimentos, provavelmente encontrados em algas mortas trazidas do mar. Então, se você, como uma nova planta, vai se estabelecer no solo e a primeira coisa que você encontra é um fungo que te come, você precisa de algum tipo de mecanismo de defesa”, diz Mads Eggert Nielsen, biólogo da Departamento de Plantas e Ciências Ambientais da Universidade de Copenhague.

De acordo com Mads Eggert Nielsen e colegas de pesquisa do Departamento de Ciências Vegetais e Ambientais e da Universidade de Paris-Sclay, o núcleo desse mecanismo de defesa pode ser reduzido a dois genes, PEN1 e SYP122. Juntos, eles ajudam a formar um tipo de componente nas plantas que impede a invasão de fungos e organismos semelhantes a fungos.

“Descobrimos que, se destruirmos esses dois genes em nosso modelo de Arabidopsis, abrimos a porta para a penetração de fungos patogênicos. Descobrimos que eles são essenciais para a formação desse tampão semelhante à parede celular que protege contra os fungos. Curiosamente, parece ser um mecanismo de defesa universal encontrado em todas as plantas terrestres”, diz Mads Eggert Nielsen, autor sênior do estudo, que foi publicado na revista Science. eLife.

Eu cresci em uma fábrica de 470 milhões de anos

A equipe de pesquisa testou a mesma função na hepática, descendente direta de uma das primeiras plantas terrestres da Terra. Ao pegar os dois genes correspondentes na hepática e inseri-los no cresso, os pesquisadores examinaram se poderiam determinar o mesmo efeito. A resposta foi sim.

Experimentos com Arabidopsis Modelo Crédito: Mads Eggert Nielsen

“Embora as duas famílias de plantas a que pertenciam Arabidopsis e hepática evoluíram em direções divergentes há 450 milhões de anos, elas continuaram compartilhando funções genéticas. Uma das bases das plantas para se estabelecerem no solo”, diz Mads Eggert Nielsen.

A coexistência de plantas e fungos

Enquanto os fungos eram um obstáculo para as plantas em sua transição de algas marinhas para plantas terrestres – eles também eram um pré-requisito. Mads Eggert Nielsen explica que, uma vez que as plantas conseguiram sobreviver aos ataques dos fungos que procuravam comê-las na Terra, o próximo problema que enfrentaram foi encontrar os nutrientes:

As plantas em ambientes aquáticos têm fácil acesso a nutrientes dissolvidos, como fósforo e nitrogênio. Mas há 500 milhões de anos, o solo como o conhecemos hoje não existia – apenas rochas. Nutrientes ligados às rochas são extremamente difíceis de serem obtidos pelas plantas. Mas não para fungos. Por outro lado, os fungos não podem produzir carboidratos – por isso consomem plantas. Acredita-se que foi aí que surgiu a relação simbiótica entre plantas e fungos, que se tornou a base para a explosão da vida vegetal terrestre durante esse período”.

As estruturas defensivas que se formam na planta não matam a planta ou o fungo, apenas impedem que o fungo invada.

“Como os cogumelos só podem entrar parcialmente na planta, acreditamos que surge um ponto de inflexão em que tanto a planta quanto o fungo têm algo a ganhar. Portanto, foi útil manter a relação como está. A teoria de que as plantas domesticam fungos para colonizar a terra Não é nossa, mas fornecemos a forragem que sustenta essa ideia”, diz Mads Eggert Nielsen.

Pode ser aplicado na agricultura

As novas descobertas adicionam uma peça importante ao quebra-cabeça da história evolutiva das plantas. Mais importante, eles podem ser usados ​​para tornar as lavouras mais resistentes a ataques de fungos, o que é um grande problema para os agricultores.

“Se todas as plantas se defendem da mesma forma, isso deve significar que os microrganismos capazes de causar doenças – como o oídio, a ferrugem amarela e a podridão da batata – encontraram uma maneira de se infiltrar, deter ou evadir as defesas de suas respectivas plantas hospedeiras. como eles fazem isso, então tentaremos transferir os componentes defensivos das plantas resistentes para as plantas que contraem doenças e, assim, obter resistência”, diz Mads Eggert Nielsen.

Mads Eggert Nielsen está participando de um projeto de pesquisa no Departamento de Ciências Botânicas e Ambientais liderado por Hans Thordal-Christensen e apoiado pela Fundação Novo Nordisk que se concentra em tornar as culturas mais resistentes, identificando mecanismos de defesa em plantas que microrganismos causadores de doenças estão tentando endereçar. perto.

Fatos adicionais

Os pesquisadores há muito assumem que os genes PEN1 e SYP122 desempenhavam uma função especial na transição das plantas de sua fase aquática como algas para plantas terrestres, mas não há evidências concretas sobre se eles são de fato um pré-requisito para as plantas. capacidades defensivas.

Estudos anteriores mostraram que, ao destruir o gene PEN1, as plantas perdem a capacidade de se defender contra o oídio. No entanto, quando o gene intimamente relacionado, SYP122, é destruído, nada acontece. Os resultados da nova pesquisa mostram que os dois genes juntos constituem uma chave importante no mecanismo de defesa da planta.

Referência: “As estruturas SYP12 das plantas mediam uma imunidade geral evolutivamente conservada a patógenos nematóides” Por Hector M Rubiato, Mingqi Liu, Richard J O’Connell e Mads E. Nielsen, 4 de fevereiro de 2022, Disponível aqui. eVida.
DOI: 10.7554 / eLife.73487