Anche se si trova in tutto il mondo, è facile trascurare l'erba del fegato comune:la pianta può stare nel palmo di una mano e sembra essere composta da piatti, foglie sovrapposte. Nonostante il loro aspetto poco attraente, queste piante senza radici o tessuti vascolari per il trasporto dei nutrienti sono collegamenti viventi per la transizione dalle alghe che hanno trovato la via d'uscita dall'oceano alla moltitudine stabilita di piante terrestri.

Come riportato nel 5 ottobre, numero 2017 di Cellula , un team internazionale che comprende ricercatori del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti Joint Genome Institute (DOE JGI), una struttura per gli utenti dell'Office of Science del DOE, analizzato la sequenza del genoma dell'erba epatica comune ( Marchantia polymorpha ) per identificare geni e famiglie di geni ritenuti cruciali per l'evoluzione delle piante e che sono stati conservati per milioni di anni e attraverso i lignaggi vegetali. Il lavoro è stato condotto da ricercatori della Monash University in Australia, e presso l'Università di Kyoto e la Kindai University in Giappone.

"Le piante precoci come l'erba del fegato sono ciò che ha creato il mondo per le piante terrestri. Senza di loro, non avremmo piante a più di due piedi dall'oceano e dall'acqua dolce, ", ha detto Jeremy Schmutz, capo del DOE JGI Plant Program. "Tornando alle epatiche, troviamo geni condivisi con le erbe che sono geni candidati per le colture per la generazione di biocarburanti. Gli impianti di terra sono iniziati con le stesse parti presenti oggi a Marchantia quindi i cambiamenti sono tutti dovuti a fattori come l'evoluzione, poliploidia, scambio genico e cicli di selezione. Vogliamo sapere cosa fanno i geni e lo facciamo traducendo la funzione attraverso i genomi usando sequenze conservate. Genomi più piccoli con meno complessità, come quelli in un modello di pianta basale o precoce come l'erba del fegato, ci danno la capacità di identificare i geni ancestrali per un gene o una famiglia di geni. Identifichiamo la funzione del gene in una pianta e determiniamo come funziona questo gene, e quindi identifichiamo altri geni comprendendo la storia evolutiva del gene o della famiglia di geni attraverso la storia delle piante".

Il sequenziamento e l'annotazione del genoma sono stati effettuati attraverso il Community Science Program del DOE JGI, e consente confronti genomici con altri lignaggi di piante precoci sequenziati e analizzati dal DOE JGI:il muschio Selaginella moellendorffi e il muschio Physcomitrella patens. Una delle vie biochimiche più importanti riguarda la produzione dell'ormone auxina, che è fondamentale per regolare la crescita e lo sviluppo delle piante. Il team ha identificato un percorso minimo ma completo per la biosintesi dell'auxina nell'erba epatica. Un'altra scoperta suggerisce che i geni che codificano per gli enzimi che producono la "crema solare" che ha permesso alle piante precoci di tollerare la luce ultravioletta potrebbero essere stati trasferiti da antichi microbi del suolo.

Una delle scoperte più importanti del team riguarda lo sviluppo della parete cellulare delle piante. La varietà di geni che codificano gli enzimi per lo sviluppo della parete cellulare delle piante trovati in Marchantia sottolinea l'importanza delle pareti cellulari delle piante per la transizione verso le piante terrestri. Il team ha identificato i primi geni di biosintesi della lignina simili a quelli di Physcomitrella. Mentre hanno identificato i geni coinvolti nella formazione dei plasmodesmi (i plasmodesmi sono canali di membrana coinvolti nei trasferimenti di nutrienti e molecole segnale) un percorso coinvolto nella divisione cellulare, hanno anche scoperto che le epatiche conservano le vestigia dei percorsi di divisione cellulare che precedono il percorso specifico della pianta terrestre.

Un'altra scoperta importante riguarda la ritenzione e la distribuzione dell'acqua. Le prime piante dovevano sviluppare strategie per affrontare la siccità e l'essiccamento, e molte di queste stesse strategie sono ancora impiegate dagli impianti moderni. L'acido abscissico è un ormone dello stress delle piante che regola quando una pianta va in letargo quando l'acqua scarseggia. Il team ha trovato geni omologhi per la biosintesi dell'acido abscissico, ed erano anche in grado di identificare quando specifici recettori diventavano critici per le famiglie di piante terrestri.

Schmutz ha sottolineato che attraverso il Community Science Program, l'esplorazione della storia evolutiva delle piante da parte del DOE JGI si sta espandendo, portando allo sviluppo di un quadro genomico comparativo, compresi quelli delle prime linee vegetali come l'erba del fegato, che avvantaggia la comunità di ricerca sulle piante in generale. "Più accumuliamo queste informazioni nelle prime linee vegetali, più è facile trasferire la funzione della pianta attraverso la filogenesi vegetale e confrontare le famiglie di piante per vedere la radiazione di questi geni. Ci concentreremo un po' di più sui lignaggi basali delle piante per arrivare alla storia evolutiva e alla posizione dei geni. Se possiamo capire l'origine di questi geni, allora possiamo capire la funzione storica. Avere più specie ci permette di fare di più e mostrare più di quello che possiamo con un solo genoma".

Imparando le funzioni originali dei geni, chiarito dai genomi di precedenti, più semplice, piante e cellule, gli scienziati possono risolvere più facilmente le funzioni dei geni correlati osservati in piante più complesse che possono aiutare ad affrontare le missioni DOE nei processi bioenergetici e ambientali.