Ученые раскрыли молекулярный механизм формирования сложных листьев

Сложные листья, состоящие из независимых единиц — листочков (листовок), демонстрируют огромное разнообразие форм. Хотя известно, что с их паттернами связаны проксимодистальные градиенты экспрессии регуляторов, механизмы установления и поддержания этих градиентов, а также их связь с последовательным формированием листочков оставались неясными.

В исследовании, опубликованном в Nature Communications, ученые из Тропического ботанического сада Сишуанбаньна впервые раскрыли молекулярный механизм, регулирующий пространственно-временной паттерн инициации примордиев листочков у перистосложных листьев бобовых на примере нута.

Ход исследования и ключевые открытия:

• С помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) ученые детально описали раннее развитие сложного листа у дикого типа нута, подтвердив апикальный порядок инициации боковых примордиев листочков.
• Был клонирован естественный мутант multi-pinnate leaf1 (mpl1), известный более 60 лет. Методами BSA-Seq, анализа сцепления и генотипирования нескольких независимых аллелей ген Ca_02268 был идентифицирован как ответственный за фенотип mpl1.
• Анализ мутантов mpl1, у которых формируются листья высокого порядка сложности (более 40 листочков), показал, что белок MPL1 (C2H2-цинковый палец) формирует морфогенетический градиент вдоль проксимодистальной оси раннего примордия листа, что и определяет акропетальное формирование листочков.
• Результаты указывают на двойную роль MPL1: он не только подавляет экспрессию CaLFY, способствуя дифференцировке примордиев листочков, но и, вероятно, регулирует деление клеток, способствуя расширению пластинки листочка.

Исследование раскрывает важный регуляторный механизм, лежащий в основе паттернирования листочков нута, и дает новые ключи к пониманию морфогенеза сложных листьев у растений в целом.

«Оно также предоставляет важную теоретическую основу и генетические ресурсы для молекулярной селекции и генетического улучшения нута», — отметил Чэнь Цзянхуа.