Исследование раскрывает механизм формирования формы органов в природе
Учёные выяснили новый механизм, лежащий в основе эволюции и функции разнообразных форм в природе, используя в качестве модели сердцевидные плоды растений рода Capsella.
Capsella с её характерными плодами-стручками в форме сердца представляет собой анатомическую новинку и отличную модель для изучения разнообразия форм.
Ключевое открытие
Исследователи из John Innes Centre обнаружили, что помимо регуляции на уровне экспрессии генов, критическую роль играет посттрансляционная модификация белков.
- Белок HEARTBREAK (HTB) у Capsella rubella контролирует активность ключевого регулятора развития плода INDEHISCENT через процесс де-SUMOилирования.
- Только после этой "молекулярной обрезки" активируется путь биосинтеза растительного гормона ауксина.
- Ауксин, в свою очередь, способствует анизотропному расширению клеток, что и приводит к формированию сердцевидной формы плода.
Профессор Ларс Эстергаард, ведущий автор исследования: "Мы знаем, что разнообразие форм часто вызвано изменениями в положении и времени работы ключевых генов... Но мы обнаружили этот посттрансляционный эффект, который лежит в основе такого типа разнообразия формы плода".
Методология и значение
- Используя прямой генетический скрининг, учёные идентифицировали мутант heartbreak с нарушенной формой плода.
- Для его характеристики применялись 3D-съёмка с интервальной съёмкой и методы молекулярной генетики.
- Доктор Ян Донг: "Теперь у нас есть целый путь, описанный настолько детально — от экспрессии генов и динамики гормонов до посттрансляционных модификаций, — что мы можем проверить, насколько широко такие механизмы распространены в природе".
Практические перспективы и загадка функции
Следующим шагом будет попытка применить эти фундаментальные знания к родственной сельскохозяйственной культуре — рапсу.
Однако функциональная причина появления именно сердцевидной формы у Capsella остаётся предметом дискуссий:
- Ранее предполагалось, что такая форма улучшает рассеивание семян ветром, но эксперименты не подтвердили этого.
- Основная гипотеза сейчас: плоды могут работать как "солнечные панели", увеличивая фотосинтетическую способность и влияя на развитие семян и урожайность.
Понимание этого механизма даёт инструменты для потенциального управления формой плодов у культурных растений.