Volgens een rapport gepubliceerd in eLife, de afweermechanismen die planten gebruiken om een veel voorkomende plaag, de rups, te herkennen en erop te reageren, zijn geëvolueerd uit een enkel gen dat zich gedurende miljoenen jaren heeft ontwikkeld, meldt Phys.org-portal.
Een studie door wetenschappers uit Washington heeft aangetoond dat sommige planten, zoals sojabonen, dit beschermende gen in de loop van de tijd hebben verloren, maar experts suggereren dat het opnieuw introduceren van het gen (door veredeling, genetische manipulatie) het gewas kan helpen beschermen tegen misoogsten.
De gezondheidstoestand van een plant hangt ervan af het immuunsysteem dat het erft. Bij planten betekent dit dat bepaalde soorten patroonherkenningsreceptoren worden geërfd die verschillende ziekteverwekkers en peptiden kunnen detecteren en een passende immuunrespons kunnen opwekken.
Door de juiste soorten patroonherkenningsreceptoren te erven, kunnen planten bedreigingen herkennen en het hoofd bieden aan ziekten en plagen.
Om deze leemte op te vullen, ging het team op zoek naar de belangrijkste evolutionaire gebeurtenissen waardoor planten konden reageren op een gemeenschappelijke bedreiging: de rups. Van peulvruchtsoorten, waaronder mungbonen en erwten met zwarte ogen, was al bekend dat ze een uniek vermogen hebben om te reageren op peptiden die worden geproduceerd in de monden van rupsen terwijl ze door bladeren van planten knagen.
De wetenschappers bestudeerden de genomen van deze groep planten in detail om te zien of een gemeenschappelijke patroonherkenningsreceptor, de inceptin-receptor (INR) genaamd, in de loop van miljoenen jaren is veranderd, waardoor het vermogen om rupsen te herkennen is toegenomen of verloren.
Ze ontdekten dat een enkel 28 miljoen jaar oud receptorgen perfect overeenkomt met de immuunrespons van planten op rupspeptiden. Ze ontdekten ook dat onder de afstammelingen van de oudste plantenvoorouders die als eerste het receptorgen ontwikkelden, er verschillende soorten zijn die niet kunnen reageren op rupspeptiden, dat wil zeggen, ze hebben dit gen verloren.
Om te begrijpen hoe dit oude gen het vermogen verwierf om nieuwe peptiden in moderne ziekteverwekkers te herkennen, gebruikte het team een techniek genaamd ancestral sequencing, waarin ze informatie van alle moderne receptoren combineerden. genen om de oorspronkelijke volgorde op 28 miljoen jaar oud te voorspellen. Deze voorouderlijke receptor was in staat om te reageren op rupspeptiden. Een iets oudere versie met 16 veranderingen in de receptorsequentie mislukte echter.
Deze genetische geschiedenis, samen met computermodellen die laten zien hoe oude en moderne receptorstructuren kunnen verschillen, geven aanwijzingen over hoe de receptor is geëvolueerd. Dit suggereert dat meer dan 32 miljoen jaar geleden een belangrijk nieuw gen-insert werd geïntroduceerd in het genoom van een voorouderlijke plant, gevolgd door de snelle evolutie van verschillende vormen van de nieuwe receptor. Een van deze vormen kreeg het vermogen om te reageren op rupspeptiden, en dit nieuwe vermogen wordt nu gedeeld door tientallen afstammelingen van peulvruchten.
In de toekomst hopen wetenschappers meer te leren over de processen op genoomniveau die nieuwe receptordiversiteit genereren en tot nu toe onbekende immuunreceptoren in plantengroepen identificeren. Meer en meer Met genomische gegevens zouden dergelijke benaderingen "ontbrekende" receptoren identificeren die nuttige eigenschappen zijn om opnieuw in planten te introduceren om gewassen te helpen beschermen.