بریوفیت های غیر عروقی در کلنی هایی زندگی می کنند که زمین را می پوشانند و شبیه جنگل های کوچک هستند. در یک جنگل واقعی، گیاهان برای نور در لایه های مختلف تاج با هم رقابت می کنند. اگر گیاه به اندازه کافی نور خورشید دریافت نکند، شاخه های جانبی را متوقف می کند و در عوض رشد عمودی برای رسیدن به نور خورشید دارد.
محققان موسسه زیست شناسی گیاهی مولکولی گرگور مندل (GMI) آکادمی علوم اتریش کشف کردند که گیاه جگر Marchantia polymorpha که بدن گیاهی آن اساساً با گیاهان آوندی متفاوت است، همچنین معماری خود را در پاسخ به سایه سازگار می کند. این بینش های جدید در مورد تکامل مسیرهای ژنتیکی حاکم بر انشعاب در منتشر شد زیست شناسی کنونی.
جنگل ها از سایبان های چند لایه ای ساخته شده اند که در آن درختان و سایر گیاهان برای رسیدن به نور با هم رقابت می کنند. نور ناکافی خورشید باعث می شود که گیاهان الگوهای انشعاب خود را برای رشد عمودی تنظیم کنند. گیاهان تفاوت بین را درک می کنند نور مستقیم خورشید و از طریق فیتوکروم ها، گیرنده های نوری که به طور جهانی در وجود دارند، سایه می اندازند پادشاهی گیاهی، از جلبک ها گرفته تا بریوفیت ها تا گیاهان گلدار.
سوزانا استروبل، نویسنده اول، محقق سابق فوق دکترا در گروه Dolan در GMI میگوید: «ما مدتهاست میدانیم که فیتوکرومها به گیاهان آوندی هشدار میدهند که رشد جانبی خود را متوقف کنند و در عوض به صورت عمودی رشد کنند تا از همسایههای سایهدار جلوگیری کنند یا بیشتر از آنها رشد کنند. شاخه های جدید در امتداد ساقه از مریستم های جانبی، مراکز مولد سلول های بنیادی گیاهی که به رشد جانبی کمک می کنند، تولید می شوند. "این پاسخ به سایه مستلزم آن است که فعالیت مریستم های جانبی متوقف شود."
جگر انشعاب در سایه را کاهش می دهد
محققان این فرضیه را مطرح کردند که کرفسهای کبد، بریوفیتهای غیرآرگی که تصور میشود شبیه اولین گیاهان مستعمره زمین هستند، مکانیسمی برای تطبیق الگوی انشعاب خود با تغییر دارند. شرایط نور. مانند گیاهان آوندی، مریستم دارند و قابلیت انشعاب دارند. با این حال، بر خلاف گیاهان آوندی که به صورت جانبی در زیر نوک یا راس منشعب می شوند، بریوفیت ها فقط در راس در مکانیزمی به نام انشعاب دوگانه منشعب می شوند.
محققان به بررسی فنوتیپهای جگر پرداختند و دریافتند که در نور کامل سفید، بدن مسطح جگر که به نام تالوس نیز شناخته میشود، به طور منظم منشعب میشود. با این حال، در سایه شبیهسازیشده، بسیاری از مریستمهای جگر در امتداد محور اصلی رشد، خاموش شدند و شاخههایی تولید نکردند. بنابراین، تالوس ویژگی های اجتناب از سایه را بیان می کند. از آنجایی که گیاه جگر از فیتوکروم ها نیز استفاده می کند، محققان جهش های موثر بر فیتوکروم و ژن های مرتبط با فیتوکروم را تجزیه و تحلیل کردند. آنها نشان دادند که به طور مشابه گیاهان زمینی آوندی، مسیر سیگنال دهی فیتوکروم پاسخ اجتناب از سایه را در جگر هدایت می کند.
تکامل مستقل تنظیم مولکولی؟
دولان و تیمش به دنبال تنظیمکنندههای ژنتیکی اضافی شاخههای دوگانه و فعالیت مریستم در M. polymorpha بودند. با بررسی الگوهای بیان ژن در نور سفید کامل در مقابل. سایهآنها کشف کردند که یک فاکتور رونویسی به نام MpSPL1 و یک میکرو RNA (miRNA) مخصوص کرم کبد، اثرات متضاد بر عملکرد مریستم دارند: MpSPL1 برای خفته کردن مریستم ها ضروری است، در حالی که miRNA مختص به کبد آنها را فعال می کند.
این نتایج تا حدی با مکانیسم مولکولی شناخته شده انشعاب جانبی تنظیم شده با نور در Arabidopsis thaliana، مدلی که بیشتر مطالعه شده از گیاهان آوندی است، در تضاد است. در واقع، اگرچه ژنهای کنترل کننده انشعاب تنظیمشده با نور در Arabidopsis نیز به خانواده SPL تعلق دارند و هدف miRNAها هستند، اما از نظر تکاملی با ژنهایی که اکنون در جگر شناسایی شدهاند، فاصله دارند.
با این نتایج، این تیم حدس میزند که مکانیسمهای مولکولی تنظیم کننده انشعاب ممکن است به طور مستقل در بریوفیتها و گیاهان عروقی. به طور کلی، یافتههای ما نشان میدهد که مکانیسم تا حدی حفاظتشده فعالیت ژن miRNA و SPL تنظیمشده با فیتوکروم، انشعاب در خانوادههای کاملاً متفاوت زمین را کنترل میکند. گیاهان لیام دولان، رهبر گروه GMI، نویسنده مسئول این مطالعه، میگوید: با روشهای اساسی انشعاب متفاوت.