Через "шот-стакан": что обнаружили в печёночниках
Изучение вегетативного размножения растений — ключ к повышению урожайности и задача биоинженерии. Исследователи из Университета Кобе продвинулись в изучении генетической регуляции этого процесса у печёночника Marchantia polymorpha, идеального модельного растения и даже кандидата на роль космической культуры.
Картофель — это клубни, имбирь — корневище, и оба являются формами вегетативного размножения, при котором растения создают структуры для появления генетически идентичных особей. Этот способ размножения важен для сельского хозяйства, но его генетические механизмы мало изучены.
Генетик растений Кимицунэ Исидзаки считает печёночник Marchantia polymorpha идеальным модельным организмом для этого. За последние 10 лет его группа расшифровала геном печёночника и создала инструменты для его генетической модификации.
"Печёночник так быстро размножается, что считается сорняком у садоводов — он быстро отрастает, сколько бы его ни удаляли", — говорит Исидзаки.
Печёночник распространяется с помощью крошечных отделяемых почек — "гемм", которые формируются в небольших чашечках на верхней стороне "листьев" и разносятся дождём, ветром или животными. Кроме этого, растение также размножается половым путём, переключаясь с вегетативного размножения при увеличении длины дня летом.
"В предыдущих исследованиях мы нашли ген, который, казалось, участвует в формировании как чашечек для гемм, так и половых органов растения. Но его функция была совершенно неясна", — объясняет Исидзаки.
В журнале New Phytologist команда сообщает, что растения без этого гена в основном не формируют вегетативные или половые репродуктивные органы. В редких случаях они образуют пустые чашечки в форме "шот-стакана" вместо обычных широких и плоских чашечек для гемм. Поэтому ген назвали "shot glass". Это показывает, что ген необходим для развития функционирующих репродуктивных структур.
Изучая взаимодействие с другими известными генами, команда обнаружила, что shot glass действует, подавляя развитие воздушных камер в "листьях" печёночника, чтобы освободить место для развития чашечек с геммами. Он также помогает факторам, необходимым для развития половых органов, попасть в нужное место.
Кроме того, команда обнаружила нечто удивительное. Известно, что у цветковых растений, которые намного сложнее печёночника, есть гены, родственные shot glass, вероятно, происходящие от общего гена предка всех наземных растений. Интересно, что у цветковых растений эти гены также участвуют в регуляции развития вторичной меристемы, которая, грубо говоря, заставляет растение ветвиться.
Когда исследователи вставили ген печёночника в цветковое растение, лишённое одной из его собственных версий, оказалось, что он может даже компенсировать этот пробел.
"Это говорит о том, что механизм, с помощью которого растения создают новые почки в стороне от главной точки роста побега, может быть общим для всех наземных растений", — объясняет Исидзаки.
Это подтверждает, что печёночник действительно удобный модельный организм для изучения этого важного для сельского хозяйства процесса. Но у исследователя есть более масштабные планы.
"В отличие от сельскохозяйственных культур, печёночникам не нужна почва — их можно выращивать только на тумане. Мы исследуем создание печёночников, всё тело которых можно напрямую использовать в качестве пищевого ресурса. Это значит, что их можно использовать даже как источник пищи в космосе", — говорит Исидзаки.
"Мы также изучаем возможность использования печёночника как организма для биопроизводства ценных химических ресурсов, которое до сих пор практически ограничивалось бактериями и дрожжами. Технологии инженерии, которые мы разрабатываем, и знания о биологии растения — важный шаг в этом направлении".