Учёные обнаружили ключевой белок, позволивший растениям выйти на сушу 500 млн лет назад

Фото: нормальные и альбиносные проростки арабидопсиса. Альбиносный вариант skl1-8 лишён активности белка SKL1. Автор: Тхань Нгуен

Биологи-эволюционисты из Университета Торонто идентифицировали белок, появившийся примерно 500 миллионов лет назад, который позволил растениям перейти из водной среды на сушу, обеспечив возможность фотосинтеза.

Открытие может помочь в создании экологичных гербицидов против паразитических растений и сорняков, а также повысить продовольственную безопасность за счёт увеличения эффективности фотосинтеза у сельскохозяйственных культур.

Используя анализ генома и технологию редактирования генов CRISPR, исследователи определили, что белок Shikimate kinase-like 1 (SKL1) присутствует у всех наземных растений, но отсутствует у других организмов. Этот белок эволюционировал из фермента Shikimate kinase (SK) и играет ключевую роль в формировании хлоропластов, необходимых для фотосинтеза.

«Один из фундаментальных вопросов нашего исследования: какие первоначальные изменения позволили простым водным организмам выйти на сушу?» — говорит Майкл Канарис, ведущий автор статьи, опубликованной в журнале Molecular Biology and Evolution.

Примеры фотосинтезирующих видов, изученных в исследовании. Автор: Департамент клеточной и системной биологии/Университет Торонто

Учёные использовали CRISPR для отключения гена SKL1 у печёночных мхов — одних из первых растений, колонизировавших сушу около 500 млн лет назад. Затем они внедрили ген SKL1 из мхов в альбиносные цветковые растения, лишённые этого белка. В результате у растений восстановились зелёные листья и функциональные хлоропласты.

«Мы были поражены, потому что печёночные мхи — очень древний вид. Мы предполагали, что функция SKL1 у них будет сильно отличаться от более современных растений. Но оказалось, что роль этого белка сохранилась неизменной за 500 миллионов лет эволюции», — отмечает профессор Динеш Кристендат.

Исследователи подчёркивают, что все наземные растения имеют белок SKL1, тогда как у водорослей — предков современных растений — присутствует только исходный фермент SK.

Понимание роли SKL1 может не только улучшить урожайность сельхозкультур, но и помочь в разработке новых поколений гербицидов, поскольку метаболический путь с участием белка SK является основной мишенью большинства современных гербицидов.

Дополнительная информация: Michael Kanaris et al, Shikimate Kinase-Like 1 Participates in an Ancient and Conserved Role Contributing to Chloroplast Biogenesis in Land Plants, Molecular Biology and Evolution (2025). DOI: 10.1093/molbev/msaf129