Развитие хищного листа-кувшина

Хищные растения имеют листья необычной формы и могут расти в бедных питательными веществами средах, захватывая и поглощая мелких животных. Чарльз Дарвин, часто называемый "отцом эволюции", также интересовался хищными растениями и написал книгу "Насекомоядные растения", опубликованную в 1875 году. С тех пор было проведено множество исследований, но то, как такие странные листья изменялись в ходе эволюции, оставалось неизвестным.

Исследовательская группа из Японии выяснила, как формируются хищные листья-кувшины у Sarracenia purpurea — хищного растения, произрастающего в Северной Америке. Они тщательно изучили процесс развития листа-кувшина с помощью сканирующей электронной микроскопии, анализа экспрессии генов, анализа паттернов деления клеток и математической реконструкции морфогенеза кувшина. Они показали, что ключевым фактором развития кувшина является тканеспецифичная регуляция направленного деления клеток. Компьютерное моделирование морфогенеза листа также подтверждает эти результаты. Их выводы были опубликованы в Nature Communications 16 марта 2015 года.

Кенджи Фукусима, аспирант SOKENDAI (Высшей университетской школы перспективных исследований) в Национальном институте фундаментальной биологии Национальных институтов естественных наук, и его коллеги обнаружили, что в начале развития листа зачаток листа-кувшина плоский, как у обычного листа. Они также выяснили, что решающее различие между развитием кувшина и плоского листа заключается в направлении деления клеток в центральной части базальной стороны листового зачатка. В плоском листе деление клеток происходит перпендикулярно поверхности листа, но в определенной части листьев саррацении деление клеток происходит параллельно поверхности листа. Это различие создает гребень и углубление на листе, которые по мере роста листа формируют кувшинообразную форму. Компьютерная модель морфогенеза листа, включающая в качестве параметров угол и количество делений клеток, также подтверждает эти результаты.

Кенджи Фукусима сказал: "Морфогенез органов — сложный процесс. В этом исследовании классификация позиций клеток хорошо сработала для нахождения ключевых точек в запутанной клеточной динамике. Эта работа может объяснить, как растения достигают радикальной морфологической эволюции через клеточные изменения".

Профессор Мицуясу Хасэбэ, руководитель исследовательской группы, сказал: "Один из самых загадочных вопросов в эволюционной биологии — эволюция новых сложных признаков. Это исследование показывает, что изменение на клеточном уровне приводит к довольно большой перемене в морфологии".