על פי דו"ח שפורסם ב eLife, מנגנוני ההגנה שצמחים משתמשים בהם כדי לזהות ולהגיב למזיק נפוץ, הזחל, התפתחו מגן בודד שהתפתח במשך מיליוני שנים, מדווח פורטל Phys.org.
מחקר של מדענים בוושינגטון הראה שצמחים מסוימים, כמו פולי סויה, איבדו את הגן המגן הזה עם הזמן, אך מומחים מציעים שהחדרה מחדש של הגן (באמצעות רבייה, הנדסה גנטית) עשויה לסייע בהגנה על היבול מפני כשל ביבול.
המצב הבריאותי של הצמח תלוי מערכת החיסון שהוא יורש. בצמחים, המשמעות היא בירושה של סוגים מסוימים של קולטנים לזיהוי דפוסים שיכולים לזהות פתוגנים ופפטידים שונים ולעורר תגובה חיסונית מתאימה.
ירושה של סוגים נכונים של קולטני זיהוי דפוסים יכולה לאפשר לצמחים לזהות איומים ולהתמודד עם מחלות ומזיקים.
כדי למלא את הפער הזה, הצוות יצא לזהות את האירועים האבולוציוניים המרכזיים שאפשרו לצמחים להגיב לאיום משותף: הזחל. מיני קטניות, כולל שעועית מונג ואפונה שחורת עיניים, כבר היו ידועים כבעלי יכולת ייחודית להגיב לפפטידים המיוצרים בפי זחלים כשהם מכרסמים דרך עלי צמחים.
המדענים חקרו את הגנום של קבוצת צמחים זו בפירוט כדי לראות אם קולטן נפוץ לזיהוי דפוסים הנקרא קולטן אינספטין (INR) השתנה במשך מיליוני שנים, והרוויח או איבד את היכולת לזהות זחלים.
הם גילו שגן קולטן בודד בן 28 מיליון שנה תואם באופן מושלם את התגובה החיסונית של צמחים לפפטידים של זחל. הם גם מצאו שבין צאצאיהם של אבות הצמחים העתיקים ביותר שפיתחו לראשונה את הגן הקולטן, ישנם כמה מינים שאינם יכולים להגיב לפפטידים של זחל, כלומר, הם איבדו את הגן הזה.
כדי להבין כיצד הגן העתיק הזה רכש את היכולת לזהות פפטידים חדשים בפתוגנים מודרניים, הצוות השתמש בטכניקה שנקראת רצף אבותי, שבה שילבו מידע מכל הקולטנים המודרניים. גנים לחזות את הרצף המקורי בגיל 28 מיליון שנה. קולטן אבותי זה היה מסוגל להגיב לפפטידים של זחל. עם זאת, גרסה מעט ישנה יותר עם 16 שינויים ברצף הקולטנים נכשלה.
זה ההיסטוריה הגנטית, יחד עם מודלים ממוחשבים המראים כיצד מבני קולטן עתיקים ומודרניים עשויים להיות שונים, מספקים רמזים לאופן שבו הקולטן התפתח. זה מצביע על כך שלפני יותר מ-32 מיליון שנה, הוכנס גן חדש מפתח לתוך הגנום של צמח קדמון, ואחריו התפתחות מהירה של צורות מגוונות של הקולטן החדש. אחת הצורות הללו רכשה את היכולת להגיב לפפטידים של זחל, ויכולת חדשה זו משותפת כעת לעשרות מיני קטניות צאצאים.
בעתיד, מדענים מקווים ללמוד יותר על התהליכים ברמת הגנום היוצרים מגוון קולטנים חדש ומזהים קולטנים חיסוניים לא ידועים עדיין בקבוצות צמחים. יותר ויותר עם נתונים גנומיים, גישות כאלה יזהו קולטנים "חסרים" שהם תכונות שימושיות להחדרה מחדש לצמחים כדי לסייע בהגנה על יבולים.