Как растения растут и развиваются
Механизм формирования тканей у растений долгое время оставался неясным. Биохимики из Вагенингенского университета совместно с математиками-модельерами обнаружили этот механизм, о чём сообщают в журнале Science от 8 августа.
В отличие от животных, клетки растений неподвижны и жёстко соединены друг с другом. Эмбрион растения растёт за счёт строго ориентированных клеточных делений в трёх измерениях, одновременно приобретая специфические «идентичности» для формирования, например, древесины или сосудистых тканей. Исследователи обнаружили, что паттерн (узор) формирования сосудистых тканей закладывается уже на стадии эмбриона, когда в нём всего четыре клетки-предшественника.
Группа из Лаборатории биохимии показала, что генетическая сеть контролирует ориентацию клеточных делений во время развития сосудистой ткани. Эта сеть включает гены, вызывающие выработку гормона цитокинина, который регулирует деление клеток и ориентацию этих делений. Однако учёные не могли экспериментально доказать, что эта же сеть одновременно контролирует формирование паттерна.
На помощь пришли математики из Лаборатории системной биологии. Они предположили, что четыре начальные клетки не могут быть полностью идентичными. Перепроверив микроскопические изображения, исследователи обнаружили, что две противоположные клетки имеют общий небольшой участок клеточной стенки, что отличает их от другой пары клеток. Эта особенность была видна даже на записях 1995 года, но её не замечали.
Секрет формирования паттерна заключается в комбинации:
- Общей клеточной стенки между двумя клетками.
- Небольшой разницы в концентрации гормона ауксина.
Обнаруженная генетическая схема обеспечивает дальнейшее развитие четырёх клеток в полноценную сосудистую ткань с различными типами клеток. Локальная активность этой сети в клетках с более высоким содержанием ауксина приводит к делениям соседних клеток и действует как организатор для всей ткани. Таким образом, одна и та же генетическая сеть контролирует как рост через ориентированные деления клеток, так и формирование паттерна, ведущее к появлению различных типов клеток.
Это — наглядный пример синергии, где сочетание экспериментальных биохимических и генетических исследований с теоретическими математическими моделями привело к новым открытиям, недостижимым для каждой из групп по отдельности.