_ Uscare fără moarte: Urmărirea mecanismelor de acoperire a deficitului de apă de la mușchi la plante cu flori

Imaginați-vă că găsiți rămășițele uscate ale unui filodendron odinioară verde și luxuriant pe raftul dvs. și vă dați seama că nu vă puteți aminti ultima dată când v-ați udat plantele de apartament. Înmuiați solul cu apă, în speranța că puteți insufla viață înapoi în coaja sa deshidratată, dar este inutil. Planta a fost prea deshidratată de prea mult timp și s-au făcut daune ireparabile.

Acum imaginați-vă că nu plantele dvs. de apartament neglijate au fost supuse unui sezon de creștere neașteptat de uscat, ci un câmp de grâu. Odată cu schimbările climatului global, astfel de lucruri devin din ce în ce mai frecvente și mai îngrijorătoare pentru fermieri, consumatori și cercetători deopotrivă, pe măsură ce amenințarea la adresa securității alimentare se intensifică.

Dar dacă plantele ar putea rezista perioadelor dure? conditii de mediu uscate? Ce se întâmplă dacă ar putea să se usuce, dar totuși să rămână viabile, astfel încât, atunci când apa este din nou abundentă, să revină la viață?

Acest concept, „uscare fără a muri” sau toleranță la uscare, a fost o adaptare care a permis plantelor pentru a coloniza pământul și este încă utilizat de specii selectate în întregul regn vegetal.

Într-un studiu recent publicat în New Phytologist, o echipă interdisciplinară formată din cercetători de la Institutul Boyce Thompson (BTI) a explorat evoluția acestui fenomen într-un grup de mușchi și a găsit un fir comun care urmărește 450 de milioane de ani de evoluție a plantelor.

Acest studiu a făcut parte dintr-un efort mai amplu de a înțelege biodiversitatea mușchilor, cu accent pe speciile de Syntrichia. Acești mușchi anume au roluri ecologice critice în biocrustele uscate, descrise drept „pielea vie a Pământului” de Dr. Brent Mishler, profesor la Universitatea din California, Berkeley și unul dintre cercetătorii principali ai proiectului.

Este o comunitate complexă de organisme care formează o crustă literală pe suprafața solului și servește la menținerea stabilității și fertilității solului de dedesubt, similar modului în care microbiomul pielii umane joacă roluri esențiale în propria noastră sănătate.

Dr. Melvin Oliver, cercetător pensionar al USDA și actual profesor adjunct la Universitatea din Missouri-Columbia, a studiat acești mușchi timp de patruzeci de ani și a adunat un grup divers de cercetători pentru a lucra la diferite aspecte ale proiectului, de la genomică și transcriptomică la filogenetică și fiziologie. Bazându-se pe o explorare anterioară a genomului Syntrichia caninervis, acest studiu a urmărit secvențierea și asamblarea genomului Syntrichia ruralis și profilarea modificărilor expresiei genelor care însoțesc deshidratarea și rehidratarea acestor două specii.

„Aceste două specii. speciile sunt foarte strâns legate, dar au și aceste linii dure în nisip, literalmente, în deșert, unde trăiesc în habitate diferite”, explică dr. Jenna Ekwealor, profesor asistent la Universitatea de Stat din San Francisco și co-autor principal al studiului. manuscris. Ea descrie S. caninervis ca un specialist în medii uscate, în timp ce S. ruralis, un generalist, poate prospera în medii cu o gamă mai largă de disponibilitate a apei.

Atât S. caninervis, cât și S. ruralis sunt toleranți la uscare, dar având în vedere preferințele lor specifice de mediu, ele pot avea strategii ușor diferite (adică, folosesc instrumente moleculare diferite) pentru uscare și rehidratare.

Comparând modul în care aceste două specii gestionează procesul de înviere, putem obține o înțelegere a cum se descurcă mușchii cu deficitul de apă și cum au evoluat aceste mecanisme. Interesant este că perspectivele din lucrare sugerează că acești mușchi strâns înrudiți folosesc căi similare pentru a coordona procesul de deshidratare, dar diferă în modul în care gestionează rehidratarea - ceva care va necesita investigații suplimentare.

Înțelegerea mecanismelor mușchilor de toleranță la uscare poate face lumină asupra proceselor similare în plantele cu flori. Într-un proces care amintește de învierea mușchilor, semințele plantelor cu flori se usucă pe măsură ce se maturizează, aducându-le într-o stare de repaus care le permite să supraviețuiască până când condițiile de mediu sunt optime.

MYB55, un regulator identificat de către Cercetătorul postdoctoral BTI, Xiaodan Zhang, este prezent în mușchi și plante cu flori și pare să joace roluri în reînviere și repaus semințelor. Aceasta vorbește despre „un mecanism evolutiv conservat între diferite specii de plante”, așa cum descrie Dr. Zhang, „care oferă perspective asupra evoluției răspunsurilor la stresul plantelor și asupra modului în care anumite gene cheie au fost conservate și reutilizate de-a lungul timpului evolutiv.”

Este interesant de văzut cum aceste instrumente de toleranță la uscare nu s-au pierdut pe măsură ce plantele cu flori au evoluat, ci au fost delegate unor țesuturi specifice ale plantelor în anumite stadii de viață în scopuri specializate. Autorul corespondent Dr. Andrew Nelson, profesor asistent la BTI, speră să profite de aceste conexiuni evolutive pentru a identifica alte aspecte conservate ale răspunsurilor la deficitul de apă.

Ar putea părea ciudat să te uiți la mușchi pentru inspirație. pentru dezvoltarea culturilor mai rezistente. Dr. Oliver este familiarizat cu scepticismul, după ce și-a desfășurat cercetările la o instituție axată în principal pe agricultură. Dar el spune: „Aș lua această bucată de mușchi uscată și le-aș pune în mână și apoi aș stropi cu apă pe ea, iar treizeci de secunde mai târziu ai această plantă verde strălucitoare care este perfect vie... Este practic, cum supraviețuiesc plantele uscării?" O întrebare deosebit de pertinentă.

Acești mușchi au instrumentele pentru a face față condițiilor dure de mediu, unelte care au rămas într-o formă sau alta prin 450 de milioane de ani de evoluție. Cu o mai bună înțelegere a modului în care funcționează procesul de înviere, putem valorifica aceste mecanisme pentru a face culturile și chiar plantele de apartament neglijate, mai rezistente în fața unui climat în schimbare.

(Fluierul)