Расшифровка механизмов развития сложных лепестков у Nigella damascena

Исследователи под руководством доктора Конга Хунчжи из Института ботаники Китайской академии наук раскрыли механизмы, лежащие в основе развития сложных лепестков и формирования специализированных признаков у Nigella damascena. Результаты опубликованы в The Plant Cell.

Лепестки демонстрируют впечатляющее разнообразие размеров, формы, цвета и функций. Они могут быть простыми или сложными (elaborate), в зависимости от наличия модификаций по краям или на адаксиальной/абаксиальной стороне. Считается, что сложные лепестки сыграли ключевую роль в адаптивной эволюции соответствующих линий. Известно, что они формируются за счёт краевых и/или вентральных разрастаний, а также образования специализированных морфологических структур, но механизмы этого процесса в основном неясны.

Лепестки Nigella damascena (семейство Лютиковые) давно признаны сложными: они имеют не только стебельчатую двугубую основную структуру, но и несколько высокоспециализированных признаков (длинные волоски, короткие трихомы, нектарник и псевдонектарники).

Какие гены или программы необходимы для формирования таких лепестков и какие из них общие или различные для сложных и простых лепестков?

Проведя детальный транскриптомный анализ с временны́м разрешением, команда Конга выявила гены и программы, специфично или преимущественно экспрессирующиеся в лепестках N. damascena, а также определила те, которые необходимы именно для развития сложных, а не простых лепестков.

Сопоставив паттерны экспрессии генов с этапами развития лепестков, исследователи идентифицировали 30 генов-кандидатов, которые могут играть ключевую роль в развитии сложного лепестка (включая формирование двугубой структуры и инициацию специализированных морфологических признаков).

«Мы обнаружили, что один из генов-кандидатов, NidaLMI1, — чьи ортологи у других видов участвуют в формировании рассечённых листьев, усиков или трихом, но не в развитии лепестков, — по-видимому, необходим для инициации коротких трихом и бифуркации нижней губы лепестка», — сообщил Конг.

Эти результаты не только дают первое представление о развитии сложных лепестков, но и прокладывают путь к пониманию механизмов диверсификации боковых органов у растений.