Ученые из США и Китая выявили генетические механизмы, отвечающие за разнообразие форм листьев у растений.
Форма, размер, структура и сложность строения листьев у разных сортов одного вида могут сильно отличаться, не говоря уже об их разнообразии в природе.
Эти различия объясняются необходимостью терморегуляции, управления водным режимом листа и адаптации растений к условиям окружающей среды, таким как влажность воздуха и количество солнечного света.
Разнообразие листьев обуславливается сложностью их структуры и формой края. Простой лист имеет одну плоскую пластинку, а сложный состоит из нескольких простых листов. Форма края может быть цельной, зубчатой или лопастной с разными глубинами зубцов.
Чтобы выяснить, от каких факторов зависят особенности развития листьев, учёные из Университета штата Мэриленд (США) и Шэньчжэньского института синтетической биологии (Китай) провели исследование формирования листьев у лесной земляники. Fragaria vescaУченые выявили два основных регуляторных механизма, влияющих на формирование различных форм листьев у трёх мутаций земляники. опубликованной в журнале Current Biology.
Земляника чаще всего имеет сложные листья из трех листочков с четко выраженными зубчиками по краю каждого. Но недавно был обнаружен мутант с одиночными листьями вместо тройных. В новом исследовании группа биологов нашла мутанта с тройными листьями, но более глубокими зубцами.
В ходе детального исследования генома трех вариантов земляники исследователи выявили два независимых механизма, посредством которых генетические факторы SL1 и SALAD определяют сложность и зубчатость листьев соответственно. Увеличение синтеза фактора SL1 в зачатке листа приводит к образованию более сложных листов: тройных, пятерных и так далее. Противоположное явление наблюдается с фактором SALAD: меньшее его количество в клетках на краю листа обуславливает образование более глубоких зубцов. Интересно, что оба пути регуляции формы листьев сходятся в конце и воздействуют на работу одного гена CUC2, играющего важную роль в росте и делении растительных клеток.
Выводы биологов касаются не только земляники и применимы к множеству других растений. Эксперименты… Arabidopsis thaliana— стандартом для выращивания растений — продемонстрировал сходную регулировку свойств листа. Исследователи полагают, что это взаимосвязь может быть полезна для помощи растениям адаптироваться или переносить более широкий диапазон условий в различных климатических регионах.
В случае успешной настройки регуляции возможно увеличить производство биомассы растения, что приведёт к росту урожая фруктов. Растение можно будет высадить за пределами его естественной среды обитания и повысить его адаптивность, изменяя форму листьев: больше зубцов обеспечат лучшую устойчивость к холоду, а более широкие и гладкие листья — к теплому климату.