Вельвичия: растение, которое не может умереть

Самые долгоживущие представители растительного мира живут в в суровой пустыне Намиб, которая находится на границе между южной Анголой и северной Намибией. Этот мир, с 50 миллиметрами осадков в год, является домом для растения под названием вельвичия.

На африкаанс это растение называют tweeblaarkanniedood, что означает «два листа, которые не могут погибнуть». Название удачное: у велвичии действительно только два листа, которые растут непрерывно, в течение всей ее жизни – а жить она может тысячелетия. Некоторым из самых крупных известных растений более 3000 лет. Их два листа постоянно растут с начала железного века, когда был изобретен финикийский алфавит, а Давид был коронован царем Израиля.

Эти два волокнистых листа, сотрясаемые сухими пустынными ветрами и поедаемые животными, со временем жухнут и скручиваются, придавая Вельвичии вид, похожий на осьминога. Едва ли ее можно назвать одним из самых красивых растений – но зато она долго живет, и ей все нипочем.

Вельвичия очаровала биологов, включая Чарльза Дарвина и ботаника Фридриха Велвича, в честь которых и было названо растение это. Говорят, что, когда Велвич впервые наткнулся на него в 1859 году, «он ничего не мог сделать, кроме как преклонить колени на горящей земле и смотреть на нее, наполовину боясь, что прикосновение докажет, что это плод воображения».

Но если растение может жить в крайне враждебной среде так долго и сохранять свою ДНК и белки, изучая его мы можем найти подсказки, как улучшить сельское хозяйство.

В исследовании, опубликованном недавно в Nature Communications, группа генетиков из Китая и США сообщают о некоторых генетических секретах, лежащих в основе уникальной живучести Вельвичии и ее чрезвычайного долголетия.

Примерно 86 миллионов лет назад, после ошибки в делении клеток, весь геном Вельвичии удвоился. Это случилось в ходе жесточайшей засухи в регионе — и, возможно, образования самой пустыни Намиб. Такого рода «экстремальный стресс» часто связан с похожими случаями дупликации генома. При этом, дублированные гены освобождаются от своих первоначальных функций, потенциально принимая новые.

Однако наличие большего количества генетического материала имеет свою цену. Репликация ДНК большим геномом требует больших затрат энергии, особенно в таких суровых условиях.

Что еще хуже, большая часть генома Вельвичии представляет собой, по сути, мусор — самовоспроизводящиеся последовательности ДНК, называемые ретротранспозонами.

Исследователи обнаружили «всплеск» активности ретротранспозонов 1-2 миллиона лет назад, скорее всего, из-за повышенного температурного стресса. Чтобы противодействовать этому, геном Вельвичии претерпел обширные эпигенетические изменения, которые заставили замолчать мусорную ДНК посредством процесса, называемого метилированием ДНК.

Этот процесс, наряду с другими селективными силами, резко сократил размер и энергетические затраты на обслуживание дублированной библиотеки ДНК Вельвичии, придав ей очень эффективный и незатратный в воспроизведении геном.

Исследование также показало, что у Вельвичии были и другие генетические изменения, отразившиеся на устройстве ее листьев.

Средний лист растения вырастает из верхушки стебля. Но затем первоначальный источник роста Вельвичии умирает, и вместо этого боковые листья поддерживаются областью, называемой базальной меристемой, которая поставляет свежие клетки растущему листу. Большое количество копий или повышенная активность некоторых генов, участвующих в эффективном метаболизме, росте клеток и обеспечивающих устойчивость к стрессовым условиям, способствуют дальнейшему росту.

В условиях потепления мира генетические уроки, которые может предложить Вельвичия, могут помочь людям разводить более выносливые культуры.

Ученые из Гарварда придумали новый способ сделать Марс пригодным для жизни. Исследователи говорят, что тонкий слой аэрогеля — пористого легкого синтетического материала — может превратить холодную засушливую поверхность Марса в землю, пригодную для сельского хозяйства.

По материалам The Independent

Читайте также:

Разные виды злаков обмениваются генами без всякой генной инженерии

Новая технология позволяет оперативно внедрять в растения требуемые гены