Dua gen penting telah diidentifikasi untuk tanaman yang menjajah Bumi 470 juta tahun yang lalu

Para peneliti telah menjelaskan bagaimana kehidupan tumbuhan berasal dari Bumi

peneliti dari Universitas Kopenhagen Ini telah menjelaskan bagaimana kehidupan tumbuhan berasal dari permukaan planet kita. Secara khusus, mereka menunjukkan bahwa dua gen diperlukan untuk tanaman terestrial untuk melindungi diri dari serangan jamur – mekanisme pertahanan yang berasal dari 470 juta tahun yang lalu. Kemungkinan besar pertahanan ini membuka jalan bagi semua kehidupan tumbuhan darat.

Mads Eggert Nielsen, seorang ahli biologi di Universitas Kopenhagen.

Tumbuhan berevolusi dari ganggang air hingga kemampuan untuk bertahan hidup di Bumi hampir setengah miliar tahun yang lalu, meletakkan dasar bagi kehidupan di Bumi. Salah satu kendala yang membuat transformasi dramatis ini begitu sulit adalah jamur:

Diperkirakan 100 juta tahun yang lalu, jamur merayap di permukaan bumi untuk mencari makanan, kemungkinan besar ditemukan di ganggang mati yang terdampar dari laut. Jadi, jika Anda, sebagai tanaman baru, akan membangun diri Anda di Bumi, dan hal pertama yang Anda temui adalah jamur yang memakan Anda, Anda memerlukan semacam mekanisme pertahanan, ”kata Mads Eggert Nielsen, ahli biologi di Departemen. Ilmu Tanaman dan Lingkungan di Universitas Kopenhagen.

Menurut Mads Eggert Nielsen dan rekan peneliti dari Departemen Ilmu Tanaman dan Lingkungan dan Universitas Paris-Sclay, inti dari mekanisme pertahanan ini dapat dipersempit menjadi dua gen, PEN1 dan SYP122. Bersama-sama, mereka membantu membentuk sejenis komponen pada tanaman yang mencegah invasi jamur dan organisme mirip jamur.

“Kami menemukan bahwa jika kami menghancurkan dua gen ini dalam model Arabidopsis kami, kami membuka pintu bagi jamur patogen untuk menembus. Kami menemukan bahwa mereka penting untuk pembentukan sumbat seperti dinding sel yang melindungi dari jamur. Menariknya, tampaknya menjadi mekanisme pertahanan universalitas yang ditemukan di semua tanaman terestrial, ”kata Mads Eggert Nielsen, penulis senior studi tersebut, yang diterbitkan dalam jurnal Science. eLife.

Saya dibesarkan di pabrik berusia 470 juta tahun

Tim peneliti menguji fungsi yang sama di lumut hati, keturunan langsung dari salah satu tanaman darat pertama di Bumi. Dengan mengambil dua gen yang cocok di lumut hati dan memasukkannya ke dalam selada, para peneliti memeriksa apakah mereka dapat menentukan efek yang sama. Jawabannya adalah ya.

Eksperimen dengan Kredit Model Arabidopsis: Mads Eggert Nielsen

“Meskipun dua famili tumbuhan tempat Arabidopsis dan lumut hati berevolusi ke arah yang berbeda 450 juta tahun yang lalu, mereka terus berbagi fungsi genetik. Kami percaya bahwa famili gen ini muncul dengan tujuan unik untuk mengelola mekanisme pertahanan ini, dan karenanya merupakan satu kesatuan. Siapa yang mendirikan pabrik untuk membangun diri mereka sendiri di tanah,” kata Mads Eggert Nielsen.

Koeksistensi tumbuhan dan jamur

Sementara jamur merupakan penghalang bagi tanaman dalam transisi mereka dari ganggang laut ke tanaman darat – mereka juga merupakan prasyarat. Mads Eggert Nielsen menjelaskan bahwa begitu tanaman mampu bertahan dari serangan jamur yang ingin memakannya di Bumi, masalah berikutnya yang mereka hadapi adalah menemukan nutrisi:

Tanaman di lingkungan perairan memiliki akses mudah ke nutrisi terlarut seperti fosfor dan nitrogen. Tapi 500 juta tahun yang lalu, tanah seperti yang kita kenal sekarang tidak ada – hanya batu. Nutrisi yang terikat pada batuan sangat sulit diperoleh tanaman. Tapi tidak untuk jamur. Di sisi lain, jamur tidak dapat menghasilkan karbohidrat – itulah sebabnya mereka mengkonsumsi tanaman. Di sinilah hubungan simbiosis antara tumbuhan dan jamur diyakini telah muncul, yang kemudian menjadi dasar ledakan kehidupan tumbuhan darat selama periode ini.”

Struktur pertahanan yang terbentuk di tanaman tidak membunuh tanaman atau jamur, mereka hanya mencegah jamur menyerang.

“Karena jamur hanya bisa masuk sebagian ke dalam tanaman, kami percaya titik kritis muncul di mana tanaman dan jamur memiliki sesuatu untuk mendapatkan sesuatu. Oleh karena itu, sangat membantu untuk menjaga hubungan sebagaimana adanya. Teori bahwa tanaman menjinakkan jamur untuk berkoloni tanahnya Bukan milik kami, tetapi kami menyediakan pakan ternak yang mendukung gagasan ini,” kata Mads Eggert Nielsen.

Dapat diterapkan di bidang pertanian

Temuan baru ini menambahkan bagian penting pada teka-teki sejarah evolusi tumbuhan. Lebih penting lagi, mereka dapat digunakan untuk membuat tanaman lebih tahan terhadap serangan jamur, yang merupakan masalah besar bagi petani.

“Jika semua tanaman mempertahankan diri dengan cara yang sama, ini berarti bahwa mikroorganisme yang dapat menyebabkan penyakit – seperti embun tepung, karat kuning dan busuk kentang – telah menemukan cara untuk menyusup, menghentikan atau menghindari pertahanan tanaman inangnya masing-masing. Kami ingin tahu. Bagaimana mereka melakukannya. Kami kemudian akan mencoba mentransfer komponen pertahanan dari tanaman yang tahan ke tanaman yang terkena penyakit, dan dengan demikian mencapai ketahanan, “kata Mads Eggert Nielsen.

Mads Eggert Nielsen berpartisipasi dalam proyek penelitian di Departemen Ilmu Botani dan Lingkungan yang dipimpin oleh Hans Thordal-Christensen dan didukung oleh Novo Nordisk Foundation yang berfokus pada membuat tanaman lebih tahan dengan mengidentifikasi mekanisme pertahanan pada tanaman yang dicoba oleh mikroorganisme penyebab penyakit untuk mengatasi. menutup.

Fakta tambahan

Para peneliti telah lama berasumsi bahwa gen PEN1 dan SYP122 melakukan fungsi khusus mengenai transisi tanaman dari fase akuatik mereka sebagai ganggang ke tanaman darat, tetapi belum ada bukti nyata apakah mereka memang prasyarat untuk tanaman. kemampuan defensif.

Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa dengan menghancurkan gen PEN1, tanaman kehilangan kemampuan mereka untuk mempertahankan diri terhadap embun tepung. Namun, ketika gen yang terkait erat, SYP122, dihancurkan, tidak ada yang terjadi. Hasil penelitian baru menunjukkan bahwa kedua gen bersama-sama merupakan kunci penting dalam mekanisme pertahanan tanaman.

Referensi: “Struktur SYP12 tanaman memediasi kekebalan umum yang dilestarikan secara evolusioner terhadap patogen nematoda” Oleh Hector M Rubiato, Mingqi Liu, Richard J O’Connell dan Mads E. Nielsen, 4 Feb 2022, Tersedia di sini. eLife.
DOI: 10.7554 / eLife.73487