Раскрытие секретов вегетативного размножения растений имеет важное значение для увеличения продуктивности сельскохозяйственных культур и развития биоинженерии. Исследования Университета Кобе продвигаются вперед в изучении генетической регуляции этого процесса у печеночников, которые являются идеальными модельными растениями и даже кандидатами в космические культуры.
Картофель представляет собой клубень, имбирь — корневище, и оба они выступают в качестве форм вегетативного размножения, когда растения образуют структуры, позволяющие появляться генетически идентичным им потомкам. Этот метод размножения играет значительную роль в сельском хозяйстве и садоводстве, однако генетический механизм, определяющий его, до сих пор не изучен. Генетик растений из Университета Кобе Ишизаки Кимицунэ считает, что печеночный мох Marchantia polymorpha является идеальным модельным организмом для изучения этого процесса, и в течение последних 10 лет занимался расшифровкой его генома и созданием инструментов для удобных генетических манипуляций с ним. Учёный говорит: «Кроме того, печеночник настолько быстро размножается, что считается помехой для садоводов, поскольку быстро отрастает, независимо от того, как часто его удаляют».
Печеночник распространяется с помощью крошечных бутонов, известных как «геммы». Они образуются в виде миниатюрных чашечек на верхней стороне листьев мха и разносятся дождем, ветром или животными. Растение также размножается половым путем, переходя от вегетативной фазы к летней, когда увеличивается продолжительность светового дня. «В рамках предыдущих исследований был идентифицирован ген, отвечающий за формирование как чашечек, так и половых органов растения. Однако его точная функция оставалась неясной, поэтому мы стремились получить более глубокие знания», — отмечает Ишизаки.
В журнале New Phytologist команда университета Кобе сообщает, растения, лишенные данного гена, как правило, не формируют вегетативных или половых репродуктивных органов, а в исключительных случаях образуют пустые коробочки, напоминающие форму рюмки, вместо типичных широких и неглубоких чашечек. Именно поэтому ген получил название «рюмка». Это свидетельствует о его важности для формирования функциональных репродуктивных структур. В ходе изучения взаимодействия с другими, уже известными генами, участвующими в этом процессе, было установлено, что «рюмка» подавляет развитие воздушных камер в листьях печёночника, чтобы обеспечить пространство для формирования чашечки геммы, и способствует локализации факторов, необходимых для появления половых репродуктивных органов, в нужном месте.
Исидзаки и его коллеги также выявили необычную закономерность. Известно, что цветковые растения, значительно более сложные, чем печеночница, обладают генами, отвечающими за формирование «рюмки», и эти гены происходят от одного и того же гена, присутствующего у предка всех наземных растений. В ходе эксперимента, когда ученые вносили ген печеночницы в цветущее растение, оказалось, что он способен восполнить функцию, утраченную более развитым родственником. Как поясняет Ишизаки, это указывает на то, что механизм формирования новых почек вдали от верхушки главного побега может быть универсальным для всех наземных растений».
Это позволяет рассматривать печёночный мох как удобный объект для исследования процесса, имеющего значение для сельского хозяйства. Однако у исследователя из Университета Кобе более масштабные планы: «В отличие от традиционных сельскохозяйственных культур, печеночница не нуждается в почве и может расти в водной среде. Мы изучаем возможность культивирования печеночников, у которых все тело доступно для использования в качестве продукта питания. Это открывает перспективы использования их в качестве источника пищи даже в космических условиях». Ученый также отмечает: «Мы исследуем потенциал печеночника в качестве организма для производства ценных химических веществ, которые ранее практически ограничивались бактериями и дрожжами. Разрабатываемые нами технологии и полученные знания о биологии растений – важный прогресс в этой области».
[Фото: ISHIZAKI Kimitsune / KOBE UNIVERSITY]