Symbioseundersøgelse afslører nye oprindelsesteorier, identificerer eksperimentelle systemer for planteliv

Et fakultetsmedlem i Mississippi State om plantelivssymbiose - et gensidigt fordelagtigt forhold mellem levende organismer - skubber tilbage imod den nyere teori om "enkelt-oprindelse" - at alt liv stammer fra ét punkt - i stedet for at foreslå "multiple-origin"-teori, som åbner en bedre forståelse for gensplejsede afgrøder.

Ryan A. Folk, en assisterende professor i MSU Institut for Biologiske Videnskaber og herbariumkurator, er en forfatter på et papir offentliggjort i denne måned i Nature Communications undersøger root nodule symbiose (RNS), som giver planter adgang til atmosfærisk nitrogen omdannet til brugbare former gennem et gensidigt forhold til jordbakterier. Han slutter sig til efterforskere ved University of Florida og et internationalt team.

"En historie med en enkelt oprindelse er blevet meget populær i de senere år, især blandt dem, der håber på at genmanipulere symbiose i afgrødeplanter, men ved at bruge genomiske data fra 13.000 arter og sofistikerede statistiske modeller identificerede vi med sikkerhed et scenarie, der involverer flere oprindelser. Symbiose er en kompleks egenskab, og vores arbejde identificerer ideelle eksperimentelle systemer til bedre forståelse af de molekylære mekanismer, der førte til gevinsten af ​​symbiose," sagde Folk. "Vores arbejde er det første store tilbageslag mod ideen om en enkelt oprindelse, som fortaleres af dem, der arbejder med genomsammenligninger."

Folk sagde, at ideen med enkelt oprindelse ville antyde, at genteknologien af ​​afgrøder, såsom ris og majs, til at arbejde med nitrogenfikserende bakterier er en "lavere hindring" at krydse.

"Vores resultater, som peger på flere oprindelser, komplicerer billedet, fordi det antyder en mindre rolle for fælles genetisk maskineri," sagde Folk. "Dette ville gøre det sværere at transformere afgrødeplanter, der ikke er bælgfrugter, til at indgå i en lignende nitrogenfikserende symbiose, men flere oprindelser betyder også forskelligt maskineri, eller som vi hævder, en forbedret 'evolutionær palet' til at guide sådanne eksperimenter."

Folks papir lagde grunden til hans detaljerede undersøgelse af nitrogenomdannelser i naturen.

Folks MSU-laboratorium bruger genomiske og bioinformatiske teknikker til at dokumentere oprindelsen af ​​plantediversitet fra evolutionære og økologiske perspektiver ved hjælp af en række forskellige plantegrupper og levesteder. Hans arbejde er baseret i MSU's herbarium, der huser cirka 38.000 karplanteprøver fra hele verden med vægt på det sydøstlige USA.

Flere oplysninger: Heather R. Kates et al., Forskydninger i evolutionær labilitet ligger til grund for uafhængige gevinster og tab af rod-knude symbiose i en enkelt klade af planter, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-48036-3

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af Mississippi State University