Регуляторы корнеобразования эволюционно консервативны
Многие растения можно легко размножать черенками. Ключевым является способность черенка инициировать образование корней — процесс, называемый придаточным корнеобразованием. В своей докторской диссертации Санария Аббас Джаафер Алаллак показала, что некоторые молекулярные регуляторы, контролирующие инициацию придаточных корней у растений, сходны у травянистых и древесных видов, таких как ель обыкновенная и тополь. Защита диссертации состоится в Университете Умео в четверг, 3 июня.
Многие экономически и экологически ценные виды деревьев трудно размножать черенками, потому что они не образуют корней. Санария Аббас Джаафер Алаллак работала над диссертацией в группе Катрин Беллини в Центре наук о растениях Умео, используя знания, накопленные её группой и другими исследователями на примере травянистого растения резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana).
Она изучала, как эти знания применимы к древесным видам — ели обыкновенной и тополю. Её результаты показали, что инициация придаточных корней у проростков ели и черенков тополя регулируется сходным с резуховидкой образом — по крайней мере, для ключевых регуляторных факторов: света и растительных гормонов ауксина, цитокинина и жасмонатов.
"Инициация придаточных корней — это сложная программа развития, управляемая множеством внешних и внутренних факторов, включая растительные гормоны и свет. Точные молекулярные механизмы, лежащие в основе этого процесса, во многом остаются неясными, особенно для деревьев. Недавняя доступность референсных геномов некоторых видов деревьев, таких как ель обыкновенная или тополь, позволяет изучать инициацию придаточных корней с эволюционно-развитийной точки зрения, что мы считали своевременным шагом".
В своих экспериментах Санария Аббас Джаафер Алаллак выращивала проростки ели из семян и удаляла корни у трёхнедельных растений, чтобы увидеть, при каких условиях они регенерируют придаточные корни. При нормальных условиях белого света декорезированные проростки не регенерировали придаточные корни, но при красном свете 100% проростков быстро развивали придаточные корни.
Анализ концентрации растительных гормонов в основании черенков декорезированных проростков ели показал более высокие уровни цитокинина и жасмонатов у проростков, выращенных в условиях белого света.
"Эти два растительных гормона также препятствуют образованию придаточных корней у резуховидки, в то время как ауксин, как известно, стимулирует придаточное корнеобразование. Мы хотели лучше понять, насколько схожа регуляция на молекулярном и генетическом уровне. Ель обыкновенная всё ещё имеет ограничения для таких исследований, даже несмотря на секвенирование её генома. Поэтому мы включили в наши исследования тополь, который в настоящее время предлагает гораздо больше возможностей для изучения, например, экспрессии генов".
Санария Аббас Джаафер Алаллак сравнила тополь гибридный и осину гибридную — два близкородственных вида тополя с разной способностью к образованию придаточных корней. Она взяла черенки с трёхмесячных деревьев, выращенных в теплице, и поместила их в питательный раствор. Черенки гибридного тополя легко образовывали придаточные корни, в то время как черенки гибридной осины в этих условиях не укоренялись.
Анализ экспрессии генов в основании черенков показал, что в гибридном тополе активировалось гораздо больше генов, чем в гибридной осине. Исследовательница идентифицировала множество ключевых генов, участвующих в регуляции ауксина у гибридного тополя, в то время как у гибридной осины активировались гены, вовлечённые в биосинтез жасмонатов.
"Это подтвердило, что и у черенков тополя ауксин и жасмонаты оказывают противоположное влияние на инициацию придаточных корней, и что по крайней мере некоторые из лежащих в основе регуляторных механизмов консервативны в ходе эволюции. Эти результаты нашего фундаментального исследования — небольшие шаги, которые, мы надеемся, помогут в будущем улучшить придаточное корнеобразование у садовых и лесных видов".