Wyjaśnienie procesu ewolucji roślin lądowych
W zamierzchłych czasach, mniej więcej 500 milionów lat temu, rośliny skolonizowały lądy. Była to ewolucyjna eskapada, która całkowicie zmieniła oblicze świata. Po „wyjściu na ląd” rośliny zaczęły się dzielić – i tak powstały rośliny naczyniowe, jak na przykład rośliny z rodzaju Arabidopsis, z ich skomplikowanymi systemami pędów i opóźnioną reprodukcją, oraz rośliny nienaczyniowe, takie jak mszaki, a wśród nich mchy. Ich wspólnym punktem jest mała cząsteczka sygnalizacyjna znana jako miR156, która wyewoluowała u wspólnego przodka obu grup roślin. Podczas gdy u roślin naczyniowych miR156 opóźnia przejście od wczesnego etapu rozwoju, rośliny nienaczyniowe nie przechodzą takiej samej przemiany. „To skłoniło nas do zastanowienia się, jaką rolę cząsteczka miR156 odgrywała u przodków roślin podczas ewolucji i jak istotną innowacją była z punktu widzenia roślin, które opuściły siedliska wodne, aby skolonizować lądy”, mówi Jill Harrison(odnośnik otworzy się w nowym oknie), profesor nadzwyczajna Wydziału Nauk Biologicznych Uniwersytetu Bristolskiego i koordynatorka projektu miR156evo. W ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu miR156evo, realizowanego przy wsparciu działań „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (MSCA), naukowcy rozpoczęli badania hipotezy, według której pojawienie się cząsteczki miR156 było krytycznym momentem ewolucji roślin lądowych, gdyż umożliwiło rozwój morfologicznej złożoności roślin naczyniowych.
Analiza roli miR156 w roślinach
Aby odkryć pradawną funkcję miR156 u roślin lądowych, zespół badawczy skupił się na porównaniu roli miR156 w rozwoju mchów i roślin kwitnących. „Jeśli okaże się, że miR156 ma podobną funkcję w obu tych rodzajach roślin, na przykład regulującą czas przejścia między różnymi etapami cyklu rozwojowego, role te mogą być odziedziczone przez rośliny lądowe pod przodkach”, zauważa Jim Fourracre(odnośnik otworzy się w nowym oknie), stypendysta programu University Research Fellowship Towarzystwa Królewskiego(odnośnik otworzy się w nowym oknie) pracujący na Uniwersytecie Bristolskim(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i badacz w projekcie miR156evo. Aby określić, jaką funkcję cząsteczka miR156 pełni w przypadku mchów, naukowcy porównali sytuację, w których jej funkcje były albo wyłączone, albo wzmocnione. Wykorzystując techniki transferu genetycznego, zmienili poziomy ekspresji genów – zasadniczo sprawiając, żeby były włączone albo wyłączone. Zespół wykorzystał również stosunkowo nową technikę znaną jako CRISPR-Cas9, która działa jak nożyczki genetyczne umożliwiające wycinanie fragmentów genów. Dzięki temu można całkowicie zatrzymać działanie genów i stworzyć „linie reporterowe”, które pokazują, gdzie określony gen jest aktywny w danej roślinie. „Wstępne wyniki pokazują, że miR156 może pełnić podobną funkcję w roślinach zarówno nienaczyniowych, jak i naczyniowych, regulując czas przejścia między różnymi etapami cyklu rozwojowego”, mówi Fouracre. „Nasze dotychczasowe odkrycia sugerują, że jest to prawdopodobnie zachowana funkcja, która była obecna również u przodków wszystkich roślin lądowych”.
Poszerzanie wiedzy na temat przodków roślin lądowych
Szczególnym aspektem projektu była analiza roli miR156 w rozwoju w stadium sporofitu – tuż przed wytworzeniem zarodników przez roślinę. „Nie wiemy, jak wyglądał przodek roślin lądowych, ale rozbudowanie stadium sporofitu w cyklu rozwojowym roślin naczyniowych umożliwiło ich spektakularne upowszechnienie się i dominację”, dodaje Harrison. „Nasze badania nad rozwojem sporofitu u mchów powiedzą nam więcej na temat pradawnego cyklu rozwojowego roślin lądowych”.
Czerpanie z fundamentalnej wiedzy o regulacji genów
Częściowo dzięki uzyskaniu stypendium MSCA oraz dzięki stypendium Towarzystwa Królewskiego Fouracre stworzył obecnie własną grupę badawczą, wraz z którą będzie kontynuował swoje badania nad rolą miR156 w procesie rozwoju roślin. W pierwszej kolejności zespół opracował niezbędne narzędzia doświadczalne, które umożliwią znalezienie odpowiedzi na pytania badawcze. Obecnie zespół tworzy modele roślin uprawnych w laboratorium, aby wykorzystać uzyskaną dzięki nim podstawową wiedzę na temat sposobu, w jaki miR156 reguluje cykl rozwojowy. „Jesteśmy podekscytowani tym, co możemy odkryć”, dodaje Harrison.
Słowa kluczowe
miR156evo, roślina, rozwój, lądowe, kolonizacja, przodek, naczyniowe, mszaki