Загадка одинаковых цветов раскрыта: ключ — в усреднении во времени и пространстве

Исследование, опубликованное 11 июля в журнале Developmental Cell, раскрыло механизм, обеспечивающий почти идентичную форму и размер органов — на примере чашелистиков растения Arabidopsis.

Учёные обнаружили принцип спациотемпорального усреднения (spatiotemporal averaging). Хотя отдельные клетки растут с разной скоростью и в разных направлениях, эта изменчивость усредняется в процессе развития органа:

• Быстрорастущая клетка со временем замедляется.
• Медленнорастущая соседняя клетка — ускоряется.
• Направления роста случайным образом выравниваются, следуя общей архитектуре органа.

Для работы этого механизма критически важно, чтобы клетки созрели и остановили рост в правильный момент. Исследователи идентифицировали ген FtsH4, который влияет на накопление активных форм кислорода (ROS). ROS способствуют отвердению клеточных стенок. Когда стенки становятся достаточно жёсткими, рост клетки прекращается, и она созревает.

Мутация в гене FtsH4 приводит к преждевременному накоплению ROS и раннему созреванию клеток. В результате у клеток не остаётся времени на усреднение скорости и направления роста, что приводит к появлению цветов разного размера и формы.

Учёные полагают, что подобный механизм усреднения работает для обеспечения воспроизводимости органов у всех организмов. Это фундаментальное открытие в биологии развития также имеет практическое значение для сельского хозяйства, где важен единый размер и форма плодов.