Ученые разгадали загадку листа злаков
Трава регулярно скашивается газонокосилками и поедается коровами и овцами, но продолжает отрастать. Секрет её удивительной регенеративной силы частично кроется в форме её листьев, но вопрос о том, как эта форма возникает, долгое время оставался предметом споров.
Этот спор актуален для основных сельскохозяйственных культур — пшеницы, риса и кукурузы, поскольку они являются членами семейства злаков и имеют тот же тип листа.
Загадка формирования листа злаков была раскрыта командой из Центра Джона Иннеса в сотрудничестве с Корнеллским университетом, Калифорнийским университетом в Беркли и Эдинбургским университетом с использованием новейших методов компьютерного моделирования и генетики развития.
Один из авторов-корреспондентов, профессор Энрико Коэн, сказал о результатах, опубликованных в Science: «Лист злака был загадкой. Сформулировав и проверив различные модели его эволюции и развития, мы показали, что текущие теории, вероятно, неверны, а отвергнутая идея, предложенная в XIXм веке, гораздо ближе к истине».
Цветковые растения можно разделить на однодольные и двудольные. У однодольных, включая семейство злаков, листья охватывают стебель у основания и имеют параллельное жилкование. У двудольных, включая капустные, бобовые и большинство обычных садовых кустарников и деревьев, листья отходят от стебля с помощью черешков и обычно имеют широкие пластинки с сетчатым жилкованием.
У злаков основание листа образует трубчатую структуру, называемую влагалищем. Влагалище позволяет растению увеличиваться в высоту, сохраняя точку роста близко к земле, защищая её от лезвий газонокосилок или зубов травоядных.
В XIX веке ботаники предположили, что влагалище злаков эквивалентно черешку листьев двудольных. Но эта точка зрения была оспорена в XX веке, когда анатомы растений отметили, что черешки имеют параллельное жилкование, подобное листу злаков, и заключили, что весь лист злака (за исключением крошечной области на его кончике) произошёл от черешка.
Используя последние достижения в компьютерном моделировании и генетике развития, команда вновь обратилась к проблеме развития злаков. Они смоделировали различные гипотезы о том, как растут листья злаков, и проверили предсказания каждой модели на экспериментальных результатах. К их удивлению, модель, основанная на идее XIX века об эквивалентности влагалища и черешка, получила гораздо более сильное подтверждение, чем современная точка зрения.
Это перекликается с открытиями в развитии животных, где отвергнутая теория — о том, что «брюшная» сторона насекомых соответствует спине позвоночных, подобных нам, — была подтверждена в свете новых исследований в генетике развития.
Исследование злаков показывает, как простые изменения правил роста, основанные на общей схеме активности генов, могут порождать замечательное разнообразие форм листьев, без которого наши сады и обеденные столы были бы гораздо беднее.
Статья «Evolution of the grass leaf by primordium extension and petiole-lamina remodeling» опубликована в журнале Science.