Ученые из Италии раскрыли, как древнее генетическое событие помогло растениям научиться выживать в почвах, загрязненных тяжелыми металлами. Исследователи из Фонда Эдмунда Маха и Пизанского университета выяснили, что на раннем этапе эволюции цветковых растений произошло удвоение генов, отвечающих за детоксикацию, что позволило им лучше адаптироваться к токсичной среде.
Ключевую роль в защите растений от ядовитых металлов, таких как кадмий и мышьяк, играют фитохелатинсинтазы (PCS). Эти ферменты производят особые пептиды, которые связывают и нейтрализуют токсины, изолируя их в клеточных вакуолях. Хотя отдельные гены PCS были изучены ранее, общая картина их эволюции оставалась неясной, что затрудняло объяснение различий в устойчивости растений к металлам.
Как сообщает Китайская академия наук, в своем исследовании, опубликованном в журнале Horticulture Research, ученые проанализировали более 130 полных геномов растений. Они обнаружили древнее удвоение гена, в результате которого гены PCS разделились на два семейства — D1 и D2. Эксперименты показали, что ферменты типа D2 значительно активнее в связывании кадмия и мышьяка, обеспечивая более высокую устойчивость к стрессу. В свою очередь, гены D1 отвечают за поддержание общего баланса и умеренную детоксикацию.
Ведущий автор исследования, доктор Клаудио Варотто, пояснил, что эти две копии генов сосуществовали более ста миллионов лет, поскольку они дополняют друг друга. D1 обеспечивает стабильность, а D2 — мощность защитной системы. Эта двойная система дает растениям гибкость, необходимую для адаптации к различным концентрациям металлов в почве.
Данное открытие не только углубляет понимание эволюции растений, но и открывает новые перспективы для сельского хозяйства. Используя эти знания, селекционеры смогут создавать новые сорта культур, устойчивые к загрязненным почвам, и снижать накопление тяжелых металлов в съедобных частях растений. Кроме того, эти генетические данные могут быть использованы для улучшения технологий фиторемедиации, когда растения применяются для очистки окружающей среды от токсичных веществ.