Исследование хищных растений раскрывает универсальные правила формирования листьев

Листья демонстрируют удивительное разнообразие форм — от плоских пластин с простыми очертаниями до чашевидных ловушек хищных растений.

Общий вопрос в биологии развития и эволюции заключается в том, как ткани формируют себя, создавая всё разнообразие природных форм, таких как листья, цветы, сердце или крылья.

Изучение листьев привело к прогрессу в понимании механизмов, создающих более простые, плоские формы. Однако оставалось неясным, что лежит в основе более сложных изогнутых форм листьев хищных растений.

Предыдущие исследования на модельном виде Arabidopsis thaliana с плоскими листьями выявили существование полярности, простирающегося от основания листа к его кончику — своего рода встроенного клеточного компаса, который ориентирует рост.

Чтобы проверить, может ли аналогичное поле полярности направлять рост сильно изогнутых тканей, исследователи проанализировали чашевидные листья-ловушки водного хищного растения Utricularia gibba, известного как пузырчатка горбатая.

Команда профессора Энрико Коена использовала комбинацию 3D-визуализации, клеточного и клонового анализа, а также компьютерного моделирования, чтобы понять, как формируются ловушки хищных растений.

Эти подходы показали, как ловушки Utricularia gibba развиваются из почти сферического шара клеток в зрелую ловушку, способную захватывать добычу.

Измеряя 3D-снимки ловушек на различных стадиях развития и исследуя вычислительные модели роста, они показали, как в процесс вовлечены дифференциальные скорости и ориентации роста.

Команда использовала флуоресцентные белки для отслеживания направлений клеточного роста и 3D-визуализацию на разных стадиях развития для изучения меняющейся формы ловушки.

Вычислительное моделирование, использованное для объяснения ориентированного роста, предполагает существование поля полярности, сравнимого с предложенным для развития листьев Arabidopsis, с той разницей, что здесь оно распространяется в пределах изогнутого листа.

Анализ ориентации четырёхраздельных желёз, которые у Utricularia gibba используются для поглощения питательных веществ, подтвердил существование гипотетического поля полярности.

Исследование, опубликованное в журнале PLOS Biology, приходит к выводу, что простая модификация механизмов, лежащих в основе развития плоского листа, также может объяснить формирование более сложных 3D-форм.

Один из ведущих авторов Карен Ли сказала: «Поле полярности, ориентирующее рост тканевых листов, может дать единое объяснение развития всего разнообразия листьев, которое мы находим в природе».