Bagaimana hormon pertumbuhan membantu tumbuhan menjajah tanah

Bagaimana hormon pertumbuhan membantu tumbuhan menjajah tanah

Nadezhda Dmitrieva,
Universiti Negeri Novosibirsk
"Sains dan Kehidupan" №2, 2016

Tumbuhan tanah, kemungkinan besar, mewarisi kaedah biosintesis hormon pertumbuhan yang paling penting dari organisma bukan tumbuhan. Staf Universiti Negeri Novosibirsk, bersama-sama dengan rakan-rakan dari Institut Cytology dan Genetika SB RAS, membuat kesimpulan ini membandingkan genom alga, lumut dan tumbuhan tanah yang lebih tinggi. Kami bercakap tentang auksin – "raja" sistem hormon tumbuhan, yang bertanggungjawab untuk pertumbuhan tisu dan organ mereka.

Buat seketika, kita akan kembali kepada kira-kira 400 juta tahun yang lalu (dianggarkan masa untuk tumbuh-tumbuhan di tanah): hampir tidak ada tumbuh-tumbuhan, di beberapa tempat alga, tanah kelihatan seperti padang pasir. Apa yang telah berlaku sejak itu, kerana bentuk bumi telah berubah secara dramatik? Kami melihat kepelbagaian dan pengedaran tanaman yang lebih tinggi di seluruh planet ini. Mereka diwajibkan untuk pelbagai inovasi yang telah timbul dari nenek moyang mereka ketika meninggalkan air di darat.

Salah satunya adalah keupayaan untuk berkembang pesat, membentuk pelbagai organ dan tisu, bergantung pada peringkat perkembangan tanaman dan keadaan persekitaran.Sebahagian daripada sistem metabolik yang mendasari kebolehan ini, tumbuh-tumbuhan tanah yang diwarisi dari alga dan dalam proses evolusi lebih jauh telah bertambah baik. Walau bagaimanapun, asal-usul ini dan beberapa inovasi lain masih menjadi misteri, kerana ia tidak sesuai dengan rangka model "standard" evolusi – warisan menegak dari nenek moyang kepada keturunan.

Gambarajah evolusi tanaman

Auxin disintesis oleh tumbuhan diangkut ke tisu dan organ, pertumbuhan dan perkembangan yang diperlukan sekarang. Ini adalah tip akar, dan asas daun, batang, bunga, dan sebagainya. Sebagai contoh, salah satu sifat tanaman yang luar biasa – fototropisme (mengubah arah pertumbuhan organ tumbuhan bergantung kepada pencahayaan) – disebabkan oleh biosintesis dan pengangkutan auksin. Adalah dipercayai bahawa tumbuh-tumbuhan tanah mempunyai pelbagai bentuk dengan tepat kerana sifat hormon ini untuk mengawal pertumbuhan tisu pada waktu yang tepat dan di tempat yang tepat.

Auxin adalah bahan yang mengawal phototropism (pertumbuhan tumbuhan yang diarahkan ke arah sumber cahaya). Ia disintesis oleh tumbuhan dan diangkut ke tisu dan organnya, pertumbuhan dan perkembangan yang paling diperlukan.

Terdahulu didapati bahawa pada tumbuhan yang lebih tinggi, laluan utama dan paling penting biosintesis auksin, yang membolehkan untuk mengumpul kepekatan hormon yang diperlukan, di mana perlu, melibatkan pengambilan tryptophan – salah satu asid amino yang membentuk protein. Dalam proses ini, auksin disintesis dari triptofan selama dua reaksi berturut-turut. Reaksi ini dikendalikan oleh dua enzim – tryptophan aminotransferase (TAA) dan monooxygenase yang bergantung kepada flavin (YUCCA).

Bagaimanakah tumbuhan terestrial moden berasal dari laluan biosintesis ini? Adalah logik untuk menganggap bahawa mereka mewarisinya dari alga, namun, mereka tidak menemui sebarang protein yang berkaitan yang melaksanakan fungsi enzim TAA dan YUCCA. Ini bermakna bahawa alga tidak boleh mensintesis auxin dengan penyertaan enzim TAA dan YUCCA. Ini mencadangkan andaian tumbuhan terestrial yang gen-gen biosintesis auksin yang bergantung kepada tryptophan timbul dalam genom bukan akibat warisan menegak "dari ibu bapa kepada keturunan", tetapi dalam proses pemindahan gen mendatar dari organisma yang bukan nenek moyang tumbuhan tanah. Ini adalah kulat, protista atau bakteria.

Perpindahan gen mendatar adalah mekanisme evolusi yang luar biasa, di mana organisma yang tidak berkaitan boleh menukar DNA. Ia sangat biasa di bakteria dan jarang di haiwan (contohnya, serangga). Di dalam tumbuhan, kes-kes pemindahan mendatar yang dikenali sebagai sains jarang berlaku, tetapi baru-baru ini maklumat mengenai mereka mula muncul lebih kerap. Sebagai peraturan, ia adalah pertukaran gen antara tumbuhan dan parasit atau symbiont.*, sama ada bakteria, kulat atau tumbuhan lain.

Marilah kita kembali ke gambaran imaginasi hidup di Bumi sekitar 400 juta tahun yang lalu. Nenek moyang tumbuhan hidup, yang mungkin terletak di badan air pantai yang cetek bersama dengan pelbagai bakteria, terdedah kepada radiasi ultraviolet yang lebih kuat daripada yang mereka lakukan sekarang. Lagipun, ketebalan lapisan ozon pelindung di atmosfer adalah kurang moden. Persekitaran yang sangat tidak menyenangkan, dan, sebagai akibatnya, mekanisme survival yang diperoleh oleh badan dalam keadaan ini disatukan dan bertambah baik. Mungkin, sebagai hasilnya, kaedah biosintesis auxin yang berkesan muncul.

Ganggang Haraway (Klebsormidium flaccidum) di bawah mikroskop. Photo courtesy of Leer Gaisina, Universiti Pedagogical State Bashkir. M. Akmullah

Buat pertama kalinya, hipotesis mengenai asal-usul enzim TAA dan YUCCA di tumbuhan daratan oleh pemindahan mendatar dari organisma bukan tumbuhan dinyatakan pada tahun 2014. Hipotesis ini ditulis oleh penyelidik Cina Jeepy Yu dan rakan-rakannya yang menerbitkan karya mereka dalam jurnal Trend dalam Sains Loji. Walau bagaimanapun, beberapa bulan kemudian, versi ini dipersoalkan oleh kumpulan penyelidik China, Chuninin Wang dan pengarang bersama. Dalam genom urutan alga charoal multiselular Klebsormidium flaccidum mereka mendapati urutan yang sangat mirip dengan gen bagi enzim TAA dan YUCCA yang mengawal laluan biosintesis auxin utama di tumbuh-tumbuhan tanah. Sekiranya data ini betul, maka nenek moyang tumbuhan dan alga multiselular mestilah mempunyai gen sama dengan enzim TAA dan YUCCA. Ini akan mengesahkan hipotesis warisan menegak laluan biosintesis auksin oleh tumbuhan terestrial moden dari alga multiselular.

Bagaimanapun, ia tidak begitu mudah. Penyelidik terkemuka Universiti Negeri Novosibirsk Dmitry Afonnikov bersama-sama dengan rakan-rakan dari Institut Cytology dan Genetika SB RAS Igor Turnayev dan Konstantin Gunbin memutuskan untuk mengesahkan hasil kedua-dua kerja menggunakan kaedah bioinformatika.Ternyata salah satu urutan dalam genom alga multiselular, sama dengan gen enzim TAA, tidak menyandarkan enzim ini.

Analisis Phylogenetic menunjukkan bahawa urutan yang sama dengan TAA menyandi sejenis enzim sejenis, allinase, yang penyertaan dalam biosintesis hormon pertumbuhan belum ditubuhkan.

Keputusan yang diperoleh menunjukkan bahawa, kemungkinan besar, dalam alga multiselular Klebsormidium flaccidum Mekanisme auxin biosintesis, seperti tumbuhan tanah, tidak wujud. Ia lebih mungkin bahawa laluan utama auksin biosintesis diwarisi oleh tumbuhan yang lebih tinggi dengan tepat melalui pemindahan gen mendatar. Peristiwa ini berlaku pada nenek moyang purba tumbuhan tanah kononnya pada saat pembebasan mereka ke tanah, yang membolehkan keturunan mereka menyebar ke seluruh planet dalam kepelbagaian yang sekarang kita lihat. Untuk akhirnya menjawab soalan tentang asal-usul jalur biosintesis hormon pertumbuhan, sebagai tambahan kepada bioinformatik, seseorang perlu melibatkan kaedah eksperimen. Mungkin ini akan membantu projek-projek besar pada penjujukan genom tumbuhan, seperti 1Kplant**, dengan mana genom beribu-ribu tumbuhan telah diuraikan.


* Symbionts adalah organisma dua jenis yang wujud dalam persekutuan yang panjang, rapat dan saling menguntungkan.

** Projek 1Crantatau 1000 tumbuhan– Persatuan Penyelidikan Perindustrian pelbagai disiplin antarabangsa. Terima kasih kepada aktivitinya, genom ribuan tumbuhan telah dibaca. Data ini tersedia untuk semua organisasi dan penyelidik yang berminat untuk dianalisis. Ini membolehkan kita membandingkan dan meneroka genom sebilangan besar tumbuhan dan, mungkin, membawa kita lebih dekat kepada pemahaman tentang apa mekanisme evolusi untuk kepelbagaian tumbuhan.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: