古老的基因网络可以帮助植物适应环境

唯一不变的是变化。然而，在进化中，存在一些例外。虽然生命的巨大差异表明生物体不断被改造成新的或改良的部分，但用于建造这些新生物体的许多工具对于修补它们来说太有用了。因此，正如科学家所说，他们在进化时期“保守”。

Marja Timmermans教授和冷泉港实验室(CSHL)的一个科学家小组已经发现了一种这样的工具的目的，这种工具存在于苔藓和开花植物中，这些生物的共同祖先可以追溯到4.5亿年前。

正如他们今天在发育细胞中所报告的那样，该工具由一个基因网络组成，该网络包含一小段非编码遗传物质，称为小RNA及其调节的蛋白质，已被用于使植物对环境线索更敏感。并促进对这些线索的强大而灵活的回应。

小RNA通过称为RNA干扰(RNAi)的机制调节基因活性。一组称为tasiARF的小RNA在陆地植物的进化过程中高度保守。tasiARF调节称为生长素响应因子(ARF)的蛋白质的基因表达。已经发现，tasiARF / ARF基因网络在开花植物的性器官，根和叶的发育中起作用。令人惊讶的是，这种基因网络也存在于苔藓中，它们不产生这些解剖学特征。

“这引发了一个问题，即tasiARF监管真正提供的是什么是有益的 - 如此有益，以至于它在进化时期保留下来，然后最重要的是一次又一次地使用，”Timmermans说。同时也是德国蒂宾根蒂宾根大学植物分子生物学中心的Alexander von Humboldt教授。

为了揭示tasiARF基因网络重复部署背后的秘密，研究人员检查了它在苔藓物种Physcomitrella patens对生长素的反应中的作用，生长素是一种激素，其效果首先由Charles Darwin研究。像tasiARF一样古老的生长素以一系列不同的方式影响植物的发育，使对这种激素的反应的调节成为植物的重点。

研究人员发现了tasiARF赋予Physcomitrella生长素反应的两个好处。首先，tasiARF使苔藓对生长素更敏感。其次，tasiARF使生长素感知刺激的基因表达更加稳定和均匀。

虽然tasiARF在单个细胞水平上影响生长素敏感性和基因表达的稳健性，但Timmermans的研究小组还发现了小RNA的一种独特的生物体属性。在构成早期苔藓植物的细丝系统中，一些细胞具有高水平的tasiARF，因此对生长素更敏感，而一些细胞不响应，因此对激素的反应性较低。

“这是其他领域人们感兴趣的地方，”蒂默曼斯说。她说，在生长素存在的情况下，细丝尖端的干细胞会分化。允许其细丝系统中的所有干细胞立即分化，不符合植物的最佳利益。相反，如果这些细胞中只有一小部分分化，那么剩余的干细胞可以在环境发生变化的情况下以不同的方式作出反应，提供一些安全网。

“一旦干细胞决定致力于成为某种细胞类型，它就会以强有力的方式实现，”Timmermans说。“然而，在整个生物体中，植物可以对冲它的赌注。” Timmermans认为，由小RNA控制的像tasiARF / ARF这样的基因网络可以在其他植物和动物中实现类似的赌注对冲策略。

它是tasiARF促进敏感和强大的生长素反应的能力，以及在植物内空间调节这种反应的能力，Timmermans和她的同事们认为它是超过4.5亿年植物进化的必不可少的工具。

“这项研究很重要，因为它跨越了这么多学科，”蒂默曼斯说。“是的，植物研究人员很重要，但它也真正增加了我们对进化的了解。”