Ген, участвующий в реакции листьев на условия среды

Гетерофиллия — пластичность формы листа в ответ на условия окружающей среды — наблюдается у водных и земноводных растений. Она регулирует форму листа, газообмен и фотосинтез, являясь хорошей моделью для изучения акклиматизации растений.

Хотя гетерофиллия широко распространена в природе, её молекулярный механизм оставался в значительной степени неизвестным, а трансгенные исследования ранее не проводились. Hygrophila difformis (Acanthaceae) недавно стала модельным растением для изучения гетерофиллии из-за её типичной фенотипической пластичности, но механизмы не были идентифицированы.

В исследовании, опубликованном в Plant Physiology, команда под руководством профессора Хоу Хунвэя из Института гидробиологии Китайской академии наук представила генетические доказательства молекулярного механизма гетерофиллии у Hygrophila difformis.

Ключевые этапы исследования:

1. Учёные клонировали ген семейства Knotted1-Like Homeobox — Shoot Meristemless (STM) из H. difformis (HdSTM) и подтвердили, что его экспрессия меняется в зависимости от факторов среды.
2. Эктопическая сверхэкспрессия HdSTM в Arabidopsis thaliana привела к увеличению сложности листьев у трансгенных растений.
3. Сверхэкспрессия HdSTM в самом H. difformis вызвала быстрые изменения листьев при погружении, тогда как нокдаун этого гена нарушил развитие листьев и ослабил гетерофиллию.
4. Была обнаружена одинаковая пространственно-временная картина экспрессии генов HdSTM и Cup-Shaped Cotyledon3 (HdCUC3). Биохимический анализ выявил физическое взаимодействие между белками HdSTM и HdCUC3.

Исследование предоставило генетические доказательства того, что HdSTM участвует в регуляции гетерофиллии у Hygrophila difformis, и раскрыло фундаментальный аспект контроля формы листа, который используется для акклиматизации растения к среде.