Hoewel het over de hele wereld wordt gevonden, het is gemakkelijk om het gewone levermos over het hoofd te zien - de plant past in de palm van je hand en lijkt te bestaan ​​uit platte, overlappende bladeren. Ondanks hun onopvallende uiterlijk, deze planten zonder wortels of vaatweefsel voor het transport van voedingsstoffen zijn levende schakels in de overgang van de algen die hun weg uit de oceaan hebben gevonden naar de gevestigde veelheid aan landplanten.

Zoals gemeld in de 5 oktober, 2017 uitgave van Cel , een internationaal team met onderzoekers van het US Department of Energy Joint Genome Institute (DOE JGI), een DOE Office of Science gebruikersfaciliteit, analyseerde de genoomsequentie van het gewone levermos ( Marchantia polymorpha ) om genen en genfamilies te identificeren die cruciaal werden geacht voor de evolutie van planten en die gedurende miljoenen jaren en over plantenlijnen zijn geconserveerd. Het werk werd geleid door onderzoekers van de Monash University in Australië, en aan de Kyoto University en Kindai University in Japan.

"Vroege planten zoals het levermos hebben de wereld klaargemaakt voor landplanten. Zonder hen, we zouden geen planten hebben op meer dan 60 cm van de oceaan en zoet water, " zei Jeremy Schmutz, hoofd van het DOE JGI Plant Program. "Om terug te gaan naar levermossen, we vinden genen die worden gedeeld met grassen die kandidaat-genen zijn voor gewassen voor de opwekking van biobrandstoffen. Landplanten begonnen met dezelfde delen die vandaag in Marchantia aanwezig zijn, dus de veranderingen zijn allemaal te wijten aan factoren zoals evolutie, polyploïdie, genuitwisseling en selectierondes. We willen weten wat genen doen en we doen dit door functie over genomen te vertalen met behulp van geconserveerde sequenties. Kleinere genomen met minder complexiteit - zoals die in een basaal of vroeg plantenmodel zoals levermos - geven ons de mogelijkheid om voorouderlijke genen voor een gen of genfamilie te identificeren. We identificeren de genfunctie in een plant en bepalen hoe dit gen werkt, en dan identificeren we andere genen door de evolutionaire geschiedenis van genen of genfamilies in de geschiedenis van planten te begrijpen."

De genoomsequencing en annotatie werd gedaan via het Community Science-programma van DOE JGI, en maakt genomische vergelijkingen mogelijk met andere vroege plantenlijnen die zijn gesequenced en geanalyseerd door de DOE JGI:het spikemoss Selaginella moellendorffi en het mos Physcomitrella patens. Een van de belangrijkste biochemische routes betreft de productie van het hormoon auxine, wat essentieel is voor het reguleren van de groei en ontwikkeling van planten. Het team identificeerde een minimale maar volledige route voor de biosynthese van auxine in het levermos. Een andere bevinding suggereert dat de genen die coderen voor enzymen die "zonnebrandcrème" produceren waardoor vroege planten ultraviolet licht konden verdragen, mogelijk zijn overgedragen van oude bodemmicroben.

Een van de belangrijkste bevindingen van het team betreft de ontwikkeling van de celwand van planten. De verscheidenheid aan genen die coderen voor enzymen voor de ontwikkeling van plantencelwanden in Marchantia, benadrukt het belang van plantencelwanden voor de overgang naar landplanten. Het team identificeerde vroege genen voor de biosynthese van lignine die vergelijkbaar zijn met die in Physcomitrella. Hoewel ze genen identificeerden die betrokken zijn bij de vorming van plasmodesmata (plasmodesmata zijn membraankanalen die betrokken zijn bij de overdracht van voedingsstoffen en signaalmoleculen), een route die betrokken is bij celdeling, ze ontdekten ook dat levermossen de overblijfselen van celdelingsroutes behouden die dateren van vóór de landplantspecifieke route.

Een andere belangrijke bevinding betreft het vasthouden en verdelen van water. Vroege planten moesten strategieën ontwikkelen om met droogte en uitdroging om te gaan, en veel van deze zelfde strategieën worden nog steeds gebruikt door moderne fabrieken. Abscisinezuur is een plantenstresshormoon dat regelt wanneer een plant in rust gaat als er een tekort aan water is. Het team vond homologe genen voor de biosynthese van abscisinezuur, en waren ook in staat om te identificeren wanneer specifieke receptoren cruciaal werden voor families van landplanten.

Schmutz wees erop dat via het Community Science-programma, het onderzoek van de DOE JGI naar de evolutionaire geschiedenis van planten breidt zich uit, leidend tot de ontwikkeling van een vergelijkend genomics-raamwerk, inclusief die van vroege plantenlijnen zoals het levermos, dat ten goede komt aan de plantenonderzoeksgemeenschap in het algemeen. "Hoe meer we deze informatie verzamelen in vroege plantenlijnen, hoe gemakkelijker het is om plantfunctie over plantenfylogenie over te dragen en plantenfamilies te vergelijken om de uitstraling van deze genen te zien. We zullen ons wat meer concentreren op de basale afstammingslijnen van planten om de evolutionaire geschiedenis en positie van genen te achterhalen. Als we de oorsprong van deze genen kunnen begrijpen, kunnen we de historische functie begrijpen. Het hebben van meerdere soorten stelt ons in staat meer te doen en meer te laten zien dan wat we kunnen met slechts één genoom."

Door de oorspronkelijke functies van genen te leren, opgehelderd uit de genomen van vroeger, eenvoudiger, planten en cellen, wetenschappers kunnen gemakkelijker de functies oplossen van verwante genen die worden gezien in complexere planten die kunnen helpen bij het aanpakken van DOE-missies in bio-energie en milieuprocessen.