Компьютерная модель раскрывает механизмы роста растений в толщину
Большинство исследований стволовых клеток растений сосредоточено на кончиках корней и побегов, где происходит рост в высоту. Но, как объясняет биолог Кирстен тен Тусшер из Утрехтского университета, рост в толщину не менее важен.
"Растения не могут расти бесконечно в высоту. Им также необходимо расти в толщину, иначе они просто упадут", — говорит она.
Именно рост в толщину делает старые деревья визуально толще и крепче со временем. Этот рост необходим для структурной прочности, особенно у деревьев. Стволовые клетки в камбиальном слое растения контролируют этот рост в ширину, производя древесину для поддержки структуры растения. Однако до сих пор оставалось неясным, какие гены позволяют этим камбиальным стволовым клеткам активироваться и как это контролируется.
Тен Тусшер и её команда разработали компьютерную модель, которая сыграла центральную роль в международном исследовании, объединившем учёных из Утрехтского университета, Университета Хельсинки, Даремского университета и Калифорнийского университета. Её компьютерная модель дала фундаментальные представления, подтвердив лабораторные результаты других членов команды, а также предоставив важные прогнозы.
Работа опубликована в журнале Science.
Компьютерная модель симулирует образование древесины
Модель тен Тусшер исследует, как определённые гены "включают" камбиальные стволовые клетки по мере развития растения, позволяя формироваться древесине. В то время как гены для роста в высоту изучались и ранее, это первая модель, исследующая гены, контролирующие рост в толщину, и то, что определяет место их активации.
На основе результатов модели команда тен Тусшер обнаружила, что рост в толщину контролируется перекрывающимися градиентами специфических химических сигналов внутри камбиального слоя. Эти градиенты пересекаются, образуя точную зону, где стволовые клетки "включаются", направляя их на производство древесной ткани. Это взаимодействие обеспечивает постоянное образование древесины на протяжении всей жизни растения, давая структурную прочность и устойчивость, необходимые для поддержки роста в высоту.
Компьютерная модель построена вокруг небольшого растения Arabidopsis — вида, который биологи по всему миру активно изучают для получения знаний о росте растений в целом. Модель показывает, как активируются и поддерживаются камбиальные стволовые клетки, обеспечивая непрерывный рост в толщину на протяжении всей жизни растения.
Улучшение лесного хозяйства и хранения CO2
Понимание роста в толщину — это не только научная веха; оно может привести к практическому применению в лесном хозяйстве и борьбе с изменением климата. Более глубокое понимание роста растений особенно актуально для лесного хозяйства, в частности в Финляндии, где леса играют важную экономическую роль, говорит тен Тусшер.
"Если вы полностью понимаете рост растений и сможете вывести дерево, которое растёт в два раза быстрее в толщину, это станет большим преимуществом для более устойчивой лесной промышленности", — говорит тен Тусшер. "Это также выгодно для климатических усилий, поскольку быстрорастущие деревья могут хранить больше CO2. Возможно, это даже поможет исследователям настраивать рост в толщину у сельскохозяйственных культур для повышения урожайности".