Как растения обеспечивают равномерное расположение семян

Международная группа исследователей под руководством биологов из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе (HHU) изучила, как формирование семян координируется с ростом плода. В последнем выпуске журнала Current Biology они объясняют генетические механизмы контроля, лежащие в основе этого процесса.

В стручке гороха все горошины одинакового размера и находятся на равном расстоянии друг от друга. То же самое справедливо для фасоли, бобов, сои и других растений, включая неплодовые культуры. Это удивительно, поскольку размер и количество семян, а также размер стручка существенно различаются у разных сортов.

Команда исследователей из Германии, Австралии, Японии, США и Италии под руководством профессора Рюдигера Симона из Института генетики развития HHU проанализировала генетические механизмы этого явления. Учёные использовали разные дикие разновидности резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana) — модельного растения в биологии — для изучения генетических процессов, происходящих при инициации семязачатков (примордиев, из которых после оплодотворения развиваются семена) и росте стручка.

Профессор Симон пояснил: «Отдельные семена конкурируют друг с другом за питательные вещества. Чтобы каждое семя получало равное количество и могло хорошо развиваться, важно, чтобы семена были распределены как можно более равномерно, на равных расстояниях в стручке».

Даже среди разных диких разновидностей Arabidopsis thaliana наблюдается значительная вариация в размере плода и количестве семян. Однако исследователи обнаружили единый генетический механизм, контролирующий положение семян в стручке независимо от факторов окружающей среды, таких как температура.

Команда установила, что формирование семян контролируется несколькими сигнальными путями в строго определённых позициях. Эти пути активируются небольшими секретируемыми белками из семейства EPFL. Эти пептиды распознаются на поверхности клетки рецепторами из семейства ERECTA.

Один из пептидов, EPFL2, образуется между развивающимися семязачатками и регулирует расстояние между семенами. В его отсутствие исследователи обнаружили нерегулярное расположение семян (что усиливает конкуренцию соседних семян за питательные вещества) или даже сдвоенные семязачатки, которые обычно не развиваются полностью. EPFL2 и очень близкий ему пептид EPFL9 также контролируют развитие плода. В результате формирование семян тесно связано с ростом стручка.

Доктор Нозоми Кавамото, первый автор исследования, отметила: «Те же сигнальные вещества и рецепторы, которые мы определили как ответственные за относительный размер стручка и расстояние между семенами, также отвечают за расположение устьиц на листьях и микроструктуру зубчатых краёв листьев». Растение использует устьица для регулирования газообмена с окружающей средой.