Раскрыт механизм обратной связи, создающий спиральные узоры у растений?

Это цветоподобное изображение показывает растение, которое развивается не совсем правильно. Оно взято из исследования, в котором учёные из EMBL и Сиднейского университета раскрыли молекулярный механизм обратной связи, создающий спиральный узор расположения листьев вокруг стебля. Работа опубликована в журнале Current Biology.

Как формируются регулярные узоры?

На основе математического моделирования известно, что сложные узоры возникают, если органы (листья, лепестки) образуются через регулярные интервалы. Биологи знали, что это связано с транспортом гормона ауксина к местам его накопления, где начинает расти новый лист. Однако оставался вопрос: как формируются и поддерживаются эти "горячие точки" ауксина?

Открытый механизм обратной связи

Нэха Бхатия, аспирант из лаборатории Маркуса Хейслера в EMBL, обнаружила ключевой механизм:

• Если клетка обнаруживает много ауксина, она заставляет соседние клетки транспортировать гормон к себе, создавая "горячую точку".
• Одновременно это истощает уровень ауксина в окружающей области.
• Новая "горячая точка" может сформироваться только на достаточном расстоянии, где влияние первой клетки уже не ощущается.

Именно это, по выводу учёных, создаёт регулярные промежутки между точками накопления ауксина и, как следствие, между листьями.

Роль внутренних клеток и "неправильные" спирали

Удивительно, но эта петля обратной связи должна быть активна не только в клетках на поверхности растущего растения, но и в клетках под ними.

• Если на ауксин реагируют только поверхностные клетки, гормон накапливается в избытке и начинает "просачиваться" в стороны.
• Это приводит к формированию непрерывных спиралевидных органов, как на изображении.

Учёные предполагают, что подобный механизм может лежать в основе формирования спиралевидных листьев у некоторых видов кактусов Cereus.