植物通过一组独特的分子调控它们的发育。已知ROP蛋白是一组植物特异性蛋白，控制植物组织的形成。现在，GMI的休·穆尔维和利亚姆·多兰表明，ROP蛋白是在单细胞和多细胞植物生命的过渡过程中进化的。研究结果发表在11月30日的《当代生物学》杂志上。
由于不能移动，植物的生活方式与我们动物截然不同。为了生长和发育，植物还需要一套独特的分子参与者和途径来协调和微调组织和器官的形成。其中一个途径涉及到ROP蛋白，这是在大多数真核生物中发现的RHO GTPase蛋白家族的一个亚家族。然而，ROP亚家族与动物和真菌中的RHO GTPase家族中的蛋白质不同，只存在于植物中。
正如奥地利科学院孟德尔研究所(GMI)的博士后休·穆尔维(Hugh Mulvey)和高级小组组长利亚姆·多兰(Liam Dolan)先前建立的那样，在陆地植物中，ROP蛋白对调节三维组织发育和器官形成至关重要。
在他们的新出版物中，Mulvey和Dolan试图确定ROP信号进化的时间，并发现这与植物多细胞进化的时间一致。“ROP蛋白不同于在动物和真菌中发现的RHO GTPase家族中的蛋白质。然而，目前还不清楚ROP信号是何时进化的。“我们的问题是:ROP只存在于陆生植物中，还是在陆生植物的藻类祖先中出现得更早?”
在序列和功能上惊人的相似
为了探究ROP的进化，研究人员结合了系统发育和基因互补研究。首先，Mulvey将陆生植物的ROP蛋白序列与陆生植物所属的其他链生植物的序列进行了比较。他发现模式陆地植物Marchantia与多细胞链藻Klebsormidium和Coleochaete之间的ROP序列非常相似。然而，在单细胞和群体链藻中，如中柱头藻和绿藻，ROP序列不同。
“ROP蛋白序列在陆生植物和链藻之间高度保守，不包括中柱头和绿藻，”Mulvey总结道。
接下来，研究人员询问是否只有蛋白质的序列是保守的，或者来自多细胞链藻和陆地植物的ROP蛋白是否也具有类似的功能。
对于解决这个问题所需的补充研究来说，玛香蒂亚是一个完美的模型。这些研究包括用来自另一个物种的相关蛋白质(称为同源物)替换一个物种的敲除蛋白质。与拥有11个ROP基因的拟南芥不同，Marchantia只有一个ROP基因。这使得研究人员能够在Marchantia中分离检测ROP基因。
在互补实验中，Mulvey在缺乏天然ROP蛋白的Marchantia植物中进行了实验，并引入了来自三种不同藻类的ROP同源物。
将多细胞藻类Coleochaete或Klebsormidium的ROP同源物插入到Marchantia ROP突变体中，其生长与天然Marchantia ROP蛋白相似。这表明来自Coleochaete或klebsordium的ROP同源物可以代替Marchantia的ROP蛋白。然而，当使用来自Chlorokybus的ROP同源物时，Marchantia植物不能正常发育。
“不仅仅是多细胞丝状链藻和陆地植物之间的ROP序列相似，而且功能也相似。”
在通往多细胞身体计划的道路上
Mulvey和Dolan结合系统发育和遗传互补研究发现，ROP信号在植物的链植物分支中广泛保守。多兰说:“自从丝状链藻和陆地植物的最后一个共同祖先以来，ROP一直高度保守。”“这与这个谱系中多细胞生物进化的进化点相吻合。”
到目前为止，人们对单细胞生物向多细胞生物转变背后的遗传基础知之甚少。从单细胞到多细胞丝状体的转变需要一种机制的发展，这种机制将细胞生长和分裂限制在一个方向上，并在分裂后保持细胞粘在一起。Mulvey补充说，ROP信号进化的时间与这种转变被认为发生的进化点相吻合。
“由于已知陆地植物中的ROP蛋白控制细胞极化生长和细胞分裂方向，我们推测该谱系中ROP信号的进化可能有助于多细胞的进化和多细胞体计划的形态转变。”
