Учёные представили первую модель роста листа из почки

Листья бывают самых разных форм и размеров. Учёные обнаружили простые правила, управляющие формой листа в процессе роста. Используя этот «рецепт», они разработали первую компьютерную модель, способную точно имитировать рост листа из почки.

«Почка растёт не во всех направлениях с одинаковой скоростью, — пояснила ведущий автор Саманта Фокс из Центра Джона Иннеса в Научном парке Нориджа. — Иначе листья были бы куполообразными, как почка, а не плоскими с заострённым кончиком».

Создав компьютерную модель для выращивания виртуального листа, учёные, финансируемые BBSRC, смогли выявить простые правила роста.

Подобно компасу, клетки растений имеют встроенную систему ориентации. Вместо магнитного поля клетки используют молекулярные сигналы, которые задают ось их роста. По мере деформации растительных тканей во время роста ориентация и ось меняются.

Молекулярные сигналы в листе формируют паттерн уже на ранней стадии внутри почки, способствуя формированию его формы.

Исследователи снимали на видео растущий лист Arabidopsis (родственника рапса), чтобы создать модель, способную симулировать процесс роста. Они смогли зафиксировать отдельные клетки и отслеживать их по мере роста растения.

Также было важно понять механизмы, стоящие за визуальными изменениями, и проверить их на нормальных и мутантных растениях.

«Модель основана не просто на рисунках формы листа на разных стадиях, — сказал автор-корреспондент профессор Энрико Коэн. — Чтобы точно воссоздать динамический рост от почки до листа, нам пришлось установить математические правила, управляющие формированием листовых форм».

С этими знаниями, запрограммированными в модель (разработанную совместно с командой профессора Эндрю Бэнгема из Университета Восточной Англии), она может работать самостоятельно, создавая виртуальный, но реалистичный лист.

Теперь эту модель можно использовать для идентификации генов, контролирующих форму листа, и для определения, лежат ли в основе разных форм разные гены.

«Эта простая модель может объяснить базовое развитие и рост листьев любой формы», — заявила Фокс.

«Чем лучше мы понимаем, как растут растения, тем лучше мы можем подготовиться к будущему — обеспечивая продовольствие, топливо и сохраняя биоразнообразие».