Генетический переключатель превращает простые листья в сложные

Исследователи из Института селекции растений Общества Макса Планка (Кёльн, Германия) обнаружили генетический механизм, который меняет направление роста клеток во время развития листа и определяет его форму.

Учёные сравнивали два близкородственных вида:

• Резуховидка Таля (Arabidopsis thaliana) — имеет простые ложковидные листья.
• Неравнолистник шершавый (Cardamine hirsuta) — имеет сложные листья, состоящие из отдельных листочков.

Ключевой механизм: ауксин и белок PIN1

Рост листьев контролируется гормоном ауксином. Он накапливается в местах, где будут развиваться листья или цветки. Распределение ауксина определяет белок PIN1, который транспортирует гормон из клеток. Асимметричное расположение PIN1 на поверхности клетки (например, на верхней или нижней стороне) критически важно.

Открытие генетического переключателя

Исследователи обнаружили, что ген CUC1 действует как генетический переключатель:

• У Arabidopsis (простые листья) CUC1 не активен.
• У Cardamine (сложные листья) CUC1 активен и влияет на распределение PIN1 и, следовательно, ауксина в клетках.

«Мы выяснили, что этот зависимый от CUC1 переключатель задаёт клеткам конкретный паттерн роста, что позволяет неравнолистнику развивать его сложную форму листа», — поясняют ведущие авторы исследования Цилян Ху и Давид Уилсон-Санчес.

Экспериментальное подтверждение

Когда учёные активировали ген CUC1 у резуховидки Таля, растение также начало формировать более сложные листья.

Значение работы

Исследование, опубликованное в PNAS, показывает, как один генетический переключатель может координированно влиять на полярность и рост отдельных клеток, приводя к формированию сложных форм.

«Теперь у нас есть гораздо более чёткая картина фундаментальных механизмов, которые работают в клетках для генерации форм растений и их разнообразия», — говорит руководитель работы Мильтос Циантис.