Растение с одним листом раскрывает фундаментальную генетику роста растений

На стенах тропических пещер растёт растение с единственным листом, который продолжает увеличиваться в размерах на протяжении всей жизни организма. Исследователи из Токийского университета надеются, что их изучение этого необычного вида поможет вдохновить создание будущих генетических инструментов для контроля размера сельскохозяйственных культур.

Научное название растения — Monophyllaea glabra («бесшёрстный вид однолистного растения»). M. glabra прорастает из семени с двумя зародышевыми листьями (семядолями), но только одна из них продолжает развиваться в лист.

У всех видов Monophyllaea растёт один лист, который, насколько наблюдали учёные, может продолжать увеличиваться, пока растение живо. У большинства растений нет предела по количеству листьев, но размер каждого листа имеет предопределённый максимум.

Понимание уникальности Monophyllaea потребовало инструментов, позволяющих увидеть локализацию и активность генов на ранних стадиях развития листа. Метод whole-mount in situ hybridization позволяет сохранять целые фрагменты организма (а не только тонкие срезы) и фиксировать весь генетический материал, который использовали клетки на момент гибели. Метод распространён для тканей животных, но его применение к растениям сложнее из-за жёсткой клеточной стенки.

У растений со стандартной анатомией ген SHOOT MERISTEMLESS (STM) экспрессируется в клетках на растущих кончиках стеблей (апексах, или shoot meristem). Ген ANGUSTIFOLIA3 (AN3) экспрессируется в очень молодых листьях, способствуя пролиферации клеток, формирующих лист.

У молодых растений Monophyllaea была обнаружена перекрывающаяся экспрессия генов STM и AN3. То, что выглядит как простой лист у Monophyllaea, на самом деле является комбинацией или слиянием апекса побега и листа.

Исследователи полагают, что понимание того, как необычные виды вроде M. glabra эволюционировали, чтобы использовать общие гены нестандартным образом, поможет агрономам разработать инструменты для контроля размера листьев с целью оптимального земледелия в будущем.