환경 구배는 사전에 스트레스 허브를 나타냅니다.

자연식물(2023)이 기사 인용

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식물의 육상화는 육상 식물(배아식물)을 탄생시켰습니다. 배아식물은 육상 바이오매스의 대부분을 차지하며 연쇄상 식물 조류에서 단일 사건으로 진화되었습니다. 최근의 발전으로 육상 식물과 가장 가까운 조류 친척의 최초 전체 게놈이 밝혀졌습니다. 그러한 최초의 종 중에는 Mesotaenium endlicherianum이 있었습니다. 여기에서 우리는 연속적인 범위의 온도와 빛 신호에 노출된 Mesotaenium에 대한 광생리학적 평가와 함께 미세 빗질된 RNA 시퀀싱을 사용했습니다. 우리의 데이터는 42개의 서로 다른 조건으로 구성된 그리드를 설정하여 128개의 전사체와 ~1.5Tbp(~99억 개의 읽기) 데이터를 생성하여 기울기에 따른 클러스터링을 사용하여 스트레스 반응의 결합 효과를 연구합니다. Mesotaenium은 스트레스 반응과 순응을 뒷받침하는 유전 네트워크의 주요 허브와 육상 식물을 공유합니다. 우리의 데이터는 식물이 땅에 첫 발을 내딛기 전인 6억년 이상의 연쇄상균 진화 이후 지질 방울 형성과 색소체 및 세포벽 유래 신호가 분자 프로그램을 명명했음을 시사합니다.

식물의 육상화는 지구의 모습을 변화시켰습니다. 이는 지구의 바이오매스1의 주요 구성요소이자 현재 대기 산소 수준의 창시자인 육상 식물(Embryophyta)을 탄생시켰습니다2. 육상 식물은 측계통 담수 및 육상 연쇄상 식물 조류와 단계통 육상 식물을 포함하는 단계통군인 연쇄상 식물에 속합니다. 세심한 계통발생학적 노력을 통해 육상 식물과 조류 친척의 관계가 확립되었습니다3,4,5,6. 이러한 데이터는 놀라움을 안겨주었습니다. 형태학적으로 더 정교한 다른 조류가 아닌 사상체 및 단세포 Zygnematophyceae가 육상 식물과 가장 가까운 조류 친척이라는 점입니다. 이제 Zygnematophyceae의 주요 목(참고문헌 7 참조)의 첫 번째 게놈이 준비되었습니다: Mesotaenium endlicherianum8, Spirogloea muscicola8, Zygnema Circumcarinatum9, Closterium peracerosum-strigosum-littorale10 및 Penium margaritaceum11. 이를 사용하여 우리는 육상 식물과 가장 가까운 조류 친척이 공유하는 분자 구조를 재정의하기 시작했습니다. 이 공유 섀시에는 식물의 육상화를 촉진하는 유전자가 포함됩니다. 이 기사에서 우리는 한 가지 중요한 측면, 즉 환경 문제에 대응하기 위한 분자 툴킷에 중점을 둡니다. 이를 위해 우리는 단세포 담수/하수 조류인 Mesotaenium endlicherianum을 사용했습니다.

육상 식물은 환경 단서에 대한 적절한 대응을 위해 다층 시스템을 사용합니다. 여기에는 주로 보호 화합물 생산 등을 통한 감지, 신호 및 반응이 포함됩니다. 육상 식물 게놈 진화에서 가장 다양한 패턴 중 일부는 환경 적응을 위한 유전자와 관련이 있습니다12,13,14. 즉, 식물 생리학의 핵심인 주요 규제 및 반응 요인의 공유 핵심이 있습니다. 여기에는 비혈관 및 관다발 식물에서 발견되는 아브시스산(ABA)과 같은 식물호르몬, 페닐프로파노이드 유래 화합물과 같은 특수 대사 경로에 있는 보호 화합물 및 LATE EMBRYOGENESIS ABUNDANT(LEA)17,18과 같은 단백질이 포함됩니다. 이러한 스트레스 관련 대사 경로에 통합된 유전자 중 다수는 연쇄상 식물 조류(streptophyte algae)에 동족체를 가지고 있습니다. 속씨식물을 참고로 삼으면 이러한 스트레스 관련 경로는 종종 고르지 않습니다. 해당 조건에서도 이러한 제품이 사용되는지 여부는 현재 알 수 없습니다. 예를 들어, Zygnematophyceae는 ABA 수용체 PYL8,20과 동족체를 갖고 있지만 이 동족체는 ABA와는 다른 방식으로 작동합니다21. 따라서 환경 변화에 따라 작용할 수 있는 유전적 섀시를 테스트하는 것이 중요합니다.

여기서 우리는 육상 식물의 가장 가까운 조류 친척이 비생물적 단서에 대한 반응성을 가지고 있는 유전 네트워크를 조사하기 위해 두 가지 주요 육상 스트레스 요인, 조도 및 온도의 변화에 대한 이중 요인 구배의 미세한 격자를 사용했습니다. >20 °C의 온도 범위와 >500 µmol 광자 m−2 s−1의 빛 범위를 포괄하는 126개의 개별 샘플에 걸쳐 128개 전사체(9,892,511,114개 읽기, 1.5Tbp 데이터)의 환경 매개변수, 생리학 및 전체 차등 유전자 발현 패턴의 상관 관계 , 우리는 연쇄상균의 진화 과정에서 6억년 이상 공유되어 온 회로의 허브를 찾아냅니다.

90%) support for branches separating highlighted clades. An alignment of GLK homologues can be found in Supplementary Fig. 8. f, Using WGCNA, co-expression networks were computed from 212 publicly available RNA-seq datasets from Z. circumcarinatum, M. polymorpha, P. patens and A. thaliana exposed to diverse abiotic challenges, yielding between 12 and 29 modules (labelled above the heat map), and orthogroups for all genes in the modules of these different species were determined. The heat map shows the similarity, based on Jaccard indices, between the modules of Mesotaenium (same colours as throughout the paper, see Fig. 4b) and the co-expression modules in the three land plants as well as Zygnema; red to blue colour gradients indicate high to low Jaccard similarity. g, Cnet plot of the enriched GO terms in the module ‘Arabidopsis 18’, which has high Jaccard similarity to the M. endlicherianum module yellow—note the recurrent terms of plastid operation and, especially, the Clp complex. h, Heat map of the connectivity ranks across all five species for homologues of hub genes of Mesotaenium, from orange (high) to green (low connectivity). Black boxes (top row) indicate if our phylogenies (see data on Zenodo) suggest that the hub genes fall into families that were present in the last common ancestor of Zygnematophyceae and land plants, and hence emerged before plant terrestrialization; white boxes signify the absence of such indication and grey boxes highlight ambiguous relationships./p>

1 count per million at log2 scale in at least three samples—the number of replicates—were kept). Then, we used the voom function from limma124,125,126,127 (v3.52.2) to model the mean–variance relationship. The normalized expression table on the log2 scale is available in Supplementary Table 13. We performed PCA based on the expression table output of voom and visualized the result with ggplot2 (ref. 128) (v3.3.6). We visualized the heat map of distance and Spearman correlation between all samples considering all genes via pheatmap (v1.0.12), and calculated clusters via the Euclidian method./p>