Ученые раскрыли "тайную" логику, 300 миллионов лет определяющую эволюцию растений

Исследователи из Еврейского университета Иерусалима и их коллеги раскрыли древний регуляторный код, который управляет развитием растений на протяжении не менее 300 миллионов лет.

Десятилетиями биологи пытались понять, почему разные виды растений развиваются схожим образом. В то время как гены, кодирующие белки, обнаружить легко, регуляторные фрагменты ДНК, управляющие "включением" генов, обнаружить не удавалось.

Новое исследование, опубликованное в журнале Science, представило инструмент Conservatory, который позволил сопоставить геномы 284 видов и выявить регуляторные последовательности ДНК. Эти последовательности оказались скрыты в так называемой "темной материи" ДНК. Хотя у разных растений регуляторы расположены по-разному, они работают практически одинаково. Именно они задают логику эволюции растений, и эта логика неизменна уже сотни миллионов лет.

Анализ показал наличие около 2,3 миллиона консервативных регуляторных элементов ДНК растений. Более 3000 из них возникли еще до появления цветковых растений, около 300 миллионов лет назад. Эти древнейшие инструкции сосредоточены вокруг генов, отвечающих за архитектуру растительного организма: они задают тип ветвления и угол отхождения ветвей, расположение листьев и организацию корней. Эксперименты с мутациями регуляторов привели к тяжелым аномалиям развития, что доказывает их критическую важность и сегодня. В природе регуляторы очень устойчивы. Выяснилось, что даже при перемещении участков хромосом работа регуляторов сохраняется, обеспечивая стабильность жизненно важных процессов.

Соавтор работы профессор Идан Эфрони отмечает: "Десятилетиями мы знали, что функции генов развития удивительно устойчивы в ходе эволюции растений, но регуляторные последовательности, управляющие этими генами, казалось, исчезали в шуме геномных изменений. Разработав Conservatory, мы смогли восстановить эти скрытые инструкции и показать, что, несмотря на сотни миллионов лет перетасовывания генома, основная регуляторная логика развития растений сохранилась".

Открытие имеет огромное значение для сельского хозяйства. Понимание того, как работают регуляторные механизмы, позволяет не просто изменять гены, а тонко настраивать их работу. Это открывает путь к созданию устойчивых к засухам, высокопродуктивных культур с помощью точной селекции и синтетической биологии.