Клеточная и молекулярная основа развития шпорца у Impatiens uliginosa

Цветочный шпорец — трубчатая структура, отходящая от лепестка, — является ключевым эволюционным признаком, независимо возникавшим у разных групп покрытосеменных (например, у Impatiens, Aquilegia, Linaria). Он играет важную роль в опылении, выделяя и накапливая нектар. Разнообразие его морфологии (длина, диаметр, изогнутость), цвета и внутренней структуры огромно. Считается, что шпорец — «ключевая инновация», способствующая высокому видовому разнообразию растений.

Однако механизмы развития шпорца изучены лишь у немногих видов. В январе 2024 года в журнале Horticulture Research было опубликовано исследование, посвящённое этому процессу у Impatiens uliginosa.

Ход и результаты исследования:

• Развитие шпорца у I. uliginosa включает раннее деление клеток и последующее анизотропное (неравномерное) удлинение клеток.
• На всём протяжении развития произошло два неравномерных события деления клеток на внутренней и внешней сторонах шпорца. Они привели, соответственно, к уникальному направленному вверх росту шпорца на ранней стадии и формированию его изгиба на средней стадии.
• Вещества типа ауксина, гиббереллина и жасмоновой кислоты показали значительные различия в разных частях и на разных стадиях развития шпорца, что указывает на участие гормонов в регуляции этого процесса.
• С помощью RNA-seq и системы временной экспрессии генов была выяснена роль генов IuABP и IuEXT:
  • Подавление экспрессии IuABP в шпорце привело к увеличению числа изгибов и морфологическим искажениям. Предполагается, что этот ген, опосредуя действие ауксина, регулирует деление или удлинение клеток на разных стадиях и координирует переход между ними.
  • Подавление IuEXT значительно сократило длину шпорца за счёт ингибирования удлинения клеток, что также привело к исчезновению изгиба и сосочков на внутреннем эпидермисе.

Это исследование даёт новое понимание клеточных и молекулярных механизмов развития шпорца у покрытосеменных растений.