Как у обезьяньего цветка появляются пятна: новые данные
Исследователи приблизились к пониманию того, как род диких цветов Mimulus (обезьяний цветок) с относительно простым геномом создаёт поразительное разнообразие пигментных узоров. Работа будет опубликована в журнале Current Biology.
Цветные пятна антоцианов у Mimulus служат ориентирами для опылителей, направляя их к нектару. Изменения этих узоров могут повлиять на успех опыления, поэтому их формирование строго регулируется.
Ранее математики предложили теорию «реакции-диффузии» для объяснения таких узоров в природе (полосы зебры, пятна леопарда). Согласно ей, в клетках действует система «активатор-ингибитор»: активатор стимулирует сам себя и ингибитор, который, диффундируя в соседние клетки, тонко настраивает производство пигмента.
Работа началась, когда две группы независимо изучали гены, потенциально составляющие такую пару:
- Ген Nectar Guide Anthocyanin (NEGAN) — известный саморегулирующийся активатор производства антоцианов. Без него пятна не образуются.
- Кандидат на роль ингибитора — ген, названный red tongue (rto).
Эксперименты с трансгенным изменением гена rto у двух видов Mimulus и изучение природных мутантов подтвердили гипотезу:
- NEGAN активирует экспрессию ингибитора RTO.
- RTO подавляет активность NEGAN.
- Белок RTO способен перемещаться между клетками и влиять на формирование антоциановых пятен через механизм реакции-диффузии.
Математическое моделирование, проведённое в сотрудничестве с Михаилом Блиновым, позволило создать компьютерную симуляцию. Изменяя параметры (например, силу ингибитора), можно получать разные узоры, что приближает модель к реальной биологии.
Вывод: Это исследование — наглядное подтверждение теории реакции-диффузии для объяснения узоров в биологических системах. Сочетание генетических экспериментов и математического моделирования взаимно валидирует результаты и открывает путь к применению модели для других организмов.