Команда исследователей начала проект в 2011 году. «Нам потребовалось три года, чтобы выяснить, как можно выращивать роголистника и протолкнуть его половую жизнь в лабораторных условиях, и еще три года, чтобы правильно собрать и аннотировать его геном», – говорит Петер Шовеньи, исследователь из UZH и последний автор книги. бумага.
Повышение урожайности с меньшим количеством удобрений
Одной из целей исследователей было найти гены, которые играют роль в методе роголистника концентрировать углекислый газ внутри хлоропластов, что повышает способность растений производить сахар, что приводит к увеличению урожайности. Роголистники уникальны среди наземных растений в этой способности, но некоторые виды водорослей обладают этой чертой.
Таким образом, исследователи сравнили геномы роголистника с геномами водорослей и обнаружили один ген, LCIB, который является общим для двух групп растений, но не для других наземных растений. «Если бы этот механизм концентрации углерода можно было установить на сельскохозяйственных культурах, они могли бы вырасти больше с тем же количеством удобрений», – объясняет первый автор Фэй-Вей Ли, биолог растений из Института Бойса Томпсона и Корнельского университета.
Симбиоз с бактериями для получения азота
Кроме того, роголистник живет в симбиозе с грибами и цианобактериями, обеспечивая растения фосфором и азотом. Исследователи также определили 40 генов, которые могут способствовать источнику азота роголистника, который происходит из взаимозависимых отношений с цианобактериями – уникальной особенности наземных растений. «Если эту способность роголистника передать культурным растениям, можно будет сэкономить много тонн азотных удобрений», – говорит Сзовени.
Такое сокращение количества удобрений может принести пользу окружающей среде, поскольку избыток сельскохозяйственного азота часто попадает в водные пути, где может вызвать смертельное цветение водорослей. Сзовеньи и Ли уже работают над проектом, чтобы понять генетический механизм, лежащий в основе симбиотического взаимодействия растений и цианобактерий.
Освещая происхождение наземных растений
Исследование также пролило свет на эволюцию ранних наземных растений. Без устьиц большинство растений не могут поглощать углекислый газ и процветать в земной среде.
Следовательно, устьица представляют собой ключевое новшество в колонизации земной среды. Тем не менее, до сих пор было неизвестно, эволюционировали ли устьица один или несколько раз независимо у наземных растений. Роголистники обладают устьицами во время фазы образования спор. «Мы обнаружили, что основной генетический инструментарий, регулирующий развитие устьиц у цветковых растений, является общим с роголистником», – объясняет Шовеньи.
Этот вывод согласуется с гипотезой о том, что устьица развивались только один раз у самого недавнего общего предка наземных растений.
Роголистник, печеночники и мхи были одними из первых растений, колонизировавших землю, но ранее не было ясно, как эти три группы связаны друг с другом. "Наши исследования ясно показывают, что роголистники, печеночники и мхи более тесно связаны друг с другом, чем с сосудистыми растениями.
Мы также показываем, что печеночники и мхи более тесно связаны друг с другом, чем с роголистниками », – говорит Фэй-Вей Ли.