Ген рассечённых листьев: Arabidopsis thaliana потеряла ген RCO в ходе эволюции
Исследователи из Института селекции растений Общества Макса Планка в Кёльне обнаружили, что за рассечённые листья с отдельными листочками у резуховидки волосистой (Cardamine hirsuta) отвечает конкретный ген. У резушки Таля (Arabidopsis thaliana) этого гена нет, поэтому её листья простые и цельные.
Открытие гена RCO
Учёные во главе с Мильтосом Циантисом сравнили два растения семейства Капустные: C. hirsuta (с рассечёнными листьями) и A. thaliana (с простыми листьями). Они идентифицировали ген RCO (REDUCED COMPLEXITY), который делает листья резуховидки более сложными. Arabidopsis лишена этого гена и, соответственно, листочков.
- Функция RCO: Ген активен только в растущих листьях. Он подавляет пролиферацию и рост клеток в областях края листа между местами формирования листочков, позволяя им отделиться друг от друга.
- Цитата Циантиса: "Листья Arabidopsis простые и цельные, потому что рост не ингибируется геном RCO".
Эволюционная история и эксперименты
- Происхождение: Ген RCO принадлежит кластеру из трёх генов, возникших в ходе эволюции путём дупликации одного гена. У резушки Таля от исходного тройного кластера остался лишь один ген.
- Мутация: При отсутствии функционального гена RCO резуховидка волосистая больше не может производить листочки.
- Обратная эволюция: Когда учёные вернули ген RCO резушке Таля в лаборатории, её простые овальные листья стали развивать глубокие лопасти. Это показывает, что большая часть аппарата для формирования листочков всё ещё присутствует в Arabidopsis и не была утрачена вместе с геном RCO.
Свойства и специфичность гена RCO
- Тип гена: RCO является гомеобоксным геном. Такие гены действуют как генетические переключатели, активируя или деактивируя другие гены.
- Узкая специализация: Функция RCO ограничена формой листа; он не определяет, формируются ли листья вообще. Его потеря не вызывает других видимых изменений у резуховидки.
- Механизм: RCO не работает с гормоном растений ауксином. Эта специфичность делает RCO более вероятным драйвером эволюции формы листа, чем другие известные гены.
Роль регуляторной области
Учёные также исследовали два гена, образующих кластер с RCO. Оказалось, что ключевое функциональное различие лежит в контрольных (регуляторных) областях генов, а не в белковых последовательностях. Именно контрольная область гена RCO диктует, когда и как ген считывается, и в первую очередь ответственна за рассечённые листья резуховидки. Если подвергнуть любой из двух других генов действию контрольной области RCO, Arabidopsis образует сложные листья.
Точная функциональность гена RCO будет изучаться в ближайшие месяцы.