Как гормон роста помог растениям колонизировать сушу

Наземные растения, по всей вероятности, унаследовали способ биосинтеза важнейшего гормона роста от нерастительных организмов.

К такому выводу пришли сотрудники Новосибирского государственного университета вместе с коллегами из Института цитологии и генетики СО РАН, сравнив геномы водорослей, мхов и высших наземных растений.

Речь идёт об ауксине — «короле» гормональной системы растений, отвечающем за рост их тканей и органов.

На мгновение перенесёмся примерно на 400 млн лет назад (предполагаемое время выхода растений на сушу): растительности почти нет, кое-где водорослевые корки, суша похожа на пустыню.

Что же произошло с тех пор, ведь облик Земли поменялся кардинально?

Мы видим впечатляющее разнообразие и распространение высших растений почти по всей планете. Обязаны они этим целому ряду инноваций, возникших у их древних предков при выходе из воды на сушу.

Одна из них — способность к быстрому росту, формированию разнообразных органов и тканей в зависимости от стадии развития растения и условий окружающей среды.

Часть метаболических систем, которые лежат в основе подобной способности, наземные растения унаследовали от водорослей и в процессе дальнейшей эволюции значительно усовершенствовали.

Однако происхождение этого и некоторых других новшеств до сих пор остаётся загадкой, поскольку не укладывается в рамки «стандартной» модели эволюции — вертикального наследования от предков к потомкам.

Синтезируемый растениями ауксин транспортируется в те ткани и органы, рост и развитие которых в данный момент необходимы. Это и кончики корней, и основания листьев, стебли, цветки и прочее.

Например, одно из замечательных свойств растений — фототропизм (изменение направления роста органов растений в зависимости от освещённости) — обусловлено биосинтезом и транспортом ауксина.

Считается, что наземные растения обладают таким многообразием форм именно благодаря свойству этого гормона управлять ростом ткани в нужное время и в нужном месте.

Ранее было установлено, что у высших растений основной и наиболее значимый путь биосинтеза ауксина, позволяющий наработать нужную концентрацию гормона там, где это необходимо, включает участие триптофана — одной из аминокислот, формирующих белки.

В данном процессе ауксин синтезируется из триптофана в ходе двух последовательных реакций. Эти реакции контролируются двумя ферментами — триптофан-аминотрансферазой (TAA) и флавинзависимой монооксигеназой (YUCCA).

Как у современных наземных растений возник этот путь биосинтеза? Логично предположить, что он был унаследован ими от водорослей, однако родственных белков, выполняющих функции ферментов TAA и YUCCA, у водорослей не обнаружили.

Это означает, что водоросли не могут сами синтезировать ауксин с участием ферментов TAA и YUCCA.

Отсюда напрашивается предположение, что у наземных растений гены триптофан-зависимого биосинтеза ауксина возникли в геноме не в результате вертикального наследования «от родителей к потомкам», а в процессе горизонтального переноса генов от организмов, которые не являются предками наземных растений. Это грибы, протисты или бактерии.

Подробнее см.: https://www.nkj.ru/archive/articles/28102/ (Наука и жизнь, Как гормон роста помог растениям колонизировать сушу)