Enligt en rapport publicerad i Elife, de försvarsmekanismer som växter använder för att känna igen och svara på ett vanligt skadedjur, larven, utvecklats från en enda gen som utvecklats under miljontals år, rapporterar Phys.org-portalen.
En studie av forskare från Washington har visat att vissa växter, såsom sojabönor, har förlorat denna skyddande gen över tiden, men experter föreslår att återinförande av genen (genom avel, genteknik) kan hjälpa till att skydda grödan från missväxt.
En växts hälsotillstånd beror på immunförsvaret det ärver. I växter innebär detta att man ärver vissa typer av mönsterigenkänningsreceptorer som kan detektera olika patogener och peptider och utlösa ett lämpligt immunsvar.
Att ärva de rätta typerna av receptorer för mönsterigenkänning kan göra det möjligt för växter att känna igen hot och klara av sjukdomar och skadedjur.
För att fylla detta tomrum bestämde sig teamet för att identifiera de viktigaste evolutionära händelserna som gjorde det möjligt för växter att reagera på ett gemensamt hot: larven. Baljväxtarter, inklusive mungbönor och svartögda ärtor, var redan kända för att ha en unik förmåga att svara på peptider som produceras i larvernas mun när de gnager genom växtens blad.
Forskarna studerade genomerna för denna grupp av växter i detalj för att se om en vanlig mönsterigenkänningsreceptor som kallas inceptinreceptorn (INR) har förändrats under miljontals år, och har vunnit eller förlorat förmågan att känna igen larver.
De fann att en enda 28 miljoner år gammal receptorgen perfekt matchar växternas immunsvar mot larvpeptider. De fann också att bland ättlingarna till de äldsta växtförfäderna som först utvecklade receptorgenen, finns det flera arter som inte kan svara på larvpeptider, det vill säga de har förlorat denna gen.
För att förstå hur denna uråldriga gen fick förmågan att känna igen nya peptider i moderna patogener använde teamet en teknik som kallas förfäderssekvensering, där de kombinerade information från alla moderna receptorer. gener för att förutsäga den ursprungliga sekvensen vid 28 miljoner år gammal. Denna förfäders receptor kunde svara på larvpeptider. En något äldre version med 16 förändringar i receptorsekvensen misslyckades dock.
Detta genetisk historia, tillsammans med datormodeller som visar hur gamla och moderna receptorstrukturer kan ha skiljt sig åt, ger ledtrådar till hur receptorn utvecklats. Detta tyder på att för mer än 32 miljoner år sedan introducerades en ny nyckelgeninsättning i arvsmassan hos en urväxt, följt av den snabba utvecklingen av olika former av den nya receptorn. En av dessa former fick förmågan att svara på larvpeptider, och denna nya förmåga delas nu av dussintals avkomma baljväxtarter.
I framtiden hoppas forskarna lära sig mer om de processer på genomnivå som genererar ny receptordiversitet och identifierar ännu okända immunreceptorer i växtgrupper. Som mer och mer Med genomiska data skulle sådana tillvägagångssätt identifiera "saknade" receptorer som är användbara egenskaper att återinföra i växter för att skydda grödor.