Изследователи от Вагенинген, Нидерландия са открили, че жизненоважен растителен протеин е възникнал преди повече от 600 милиона години, много преди появата на първите растения. Те са проследили произхода му до еволюционно събитие в далечен едноклетъчен прародител, по време на което генетичният материал е бил разместен. Този процес е довел до появата на Auxin Response Factor (ARF) - протеин, който и днес продължава да играе ключова роля в растежа и развитието на растенията и дърветата.

Изследователите са публикували своите открития в научното списание Nature Communications.

Поставете растение на перваза на прозореца и то бавно ще расте към светлината, идваща през прозореца. Дори и без очи, растението може да „види" откъде идва светлината. Под земята корените търсят вода и растат в нейната посока. Този насочен растеж, заедно с много други процеси на растеж на растенията, се контролира от растителния хормон ауксин. Протеинът ARF реагира на този хормон, като активира или деактивира гени в растението, за да регулира процесите на растеж.

Постдокторантът Хорхе Ернандес-Гарсия изследва как е могла да се развие такава сложна, координирана система. „В някакъв момент от еволюцията растителните клетки трябва да са разработили начин за разпознаване и реагиране на растителните хормони", обяснява той.

Човешки протеин в растенията

Изследователят открива улики за произхода на протеина ARF в зеленото водорасло Chlorokybus melkonianii, далечен братовчед на растенията, които срещаме на сушата. Изследването му разкрива, че този протеин е възникнал от сливането на два протеинови фрагмента: хроматинов фактор и транскрипционен фактор. Първоначално нито един от тези фрагменти не е имал нищо общо с растителния хормон ауксин.

„Това сливане създаде изцяло нов протеин, който пое централна роля в ауксиновия сигнален път", казва Долф Вайерс, професор по биохимия. Хроматиновият фактор позволява на ARF протеините да си сътрудничат, докато транскрипционният фактор позволява на протеина да се свързва с ДНК и да регулира активността на гените.

Интересно е, че хроматиновият фактор, открит в ключовия растителен протеин, не е характерен само за растенията. Той се среща и при хората, животните и гъбите. Въпреки че биолозите са изучавали протеина ARF повече от двадесет години, досега те не бяха забелязали тази връзка. Затова докторантът е бил предпазлив, когато е представил откритията си на Вайерс.

„Когато се натъкнете на такъв необикновен резултат, първата ви мисъл е, че той трябва да е грешен. Но ние продължавахме да получаваме едни и същи резултати, така че трябваше да е вярно", казва Ернандес-Гарсия. Въпреки че точната роля на хроматиновия фактор при хората и животните остава неясна, той трябва да е развил нова функция в рамките на протеина ARF.

С течение на времето еволюцията на ARF е довела до два класа на протеина: един, който активира гените в присъствието на ауксин, и друг, който потиска гените. „Това конкурентно взаимодействие е от съществено значение за прецизното регулиране на растежа на растенията", обяснява Ернандес-Гарсия.

Изследването разкрива също така, че някои характеристики на ARF, като например способността му да свързва ДНК, са присъствали от самото начало, докато други, като активирането на гени, са се развили по-късно в еволюцията.
Нови данни, древни гени
Учените са успели да реконструират произхода и еволюцията на протеина ARF благодарение на нови налични геномни данни. „През последното десетилетие стана ясно, че можем по-добре да изучаваме основните черти на растенията при тези, които са съществували малко по-дълго в сегашната си форма", казва Вайерс. Той има предвид мъховете, папратите и дори техните водни предшественици: едноклетъчните зелени водорасли. Тези далечни братовчеди на сухоземните растения споделят клетъчни процеси и генетичен материал със съвременните растения, но са по-лесни за изучаване. През последните години учените са секвенирали ДНК на все повече растения и техните братовчеди, като зелените водорасли. Чрез изучаването на тези геноми биолозите могат да получат по-дълбока представа за процесите и гените на растенията. „Вярвам, че геномните данни от зелените водорасли съдържат много повече отговори на фундаментални въпроси за растителната биология", заключава Вайерс.