Осенью в глаза бросаются не только цвета, но и разные размеры и формы листьев. Но что делает листья разных растений такими разными по форме? Ученые из Института исследований селекции растений им. Макса Планка в Кельне открыли, как белок под названием LMI1 может контролировать рост и форму листьев.
Франческо Вуоло и его коллеги из лаборатории Макса Планка, директор Милтос Циантис, исследуют механизмы, лежащие в основе поразительного разнообразия форм листьев, которое можно наблюдать в природе. Недавно они направили свои усилия на изучение малоизученных частей листьев, называемых прилистниками. Эти выросты образуются у основания листа во время развития и сильно различаются по размеру и функциям у разных видов растений. У модельного растения Arabidopsis зрелые прилистники остаются крошечными, хотя они составляют значительную часть молодого листа. У других растений, таких как садовый горох, прилистники составляют большую часть листа.
Используя комбинацию генетики, микроскопии и математических моделей, они смогли показать, что LMI1 удерживает прилистники маленькими. Если белок вырабатывается в клетке во время развития листа, она просто продолжает расти, а не делиться. Эта форма созревания клеток предотвращает их развитие в другие типы клеток и ограничивает пул клеток, доступных для дальнейшего роста ткани. Это, в свою очередь, уменьшает размер конечного органа, несмотря на раннее усиление роста клеток. «Лист остается меньше, несмотря на более крупные клетки», - объясняет Вуоло.
LMI1 также играет решающую роль в регуляции морфологии листа у других растений. Исследовательская группа обнаружила, что LMI1 вырабатывается не в большом листовидном прилистнике растений гороха, а в верхней части листа гороха, где формируются нитевидные лазающие органы, называемые усиками. «Клетки в усиках также становятся больше и меньше делятся», - сказал Вуоло. Таким образом, модель продукции LMI1 в листе гороха, вероятно, отвечает за его характерную форму с нитевидными усиками на кончике листа и большими прилистниками у основания.
Эти важные открытия проливают новый свет на происхождение прилистников в процессе развития, предполагая, что они на самом деле являются загадочными листьями, которые поддерживаются в подавленном состоянии с помощью LMI1. Такие проблемы, как различные части растений, такие как прилистники, листья и усики, соотносятся друг с другом, уже занимали британского естествоиспытателя Чарльза Дарвина, который писал о них в 1865 году. Таким образом, это исследование решает как давние вопросы морфологии растений, так и новые пути исследования роли роста в эволюции формы листа.«Однажды они могли бы внести свой вклад в выведение новых сортов растений для сельского хозяйства с модифицированными листьями или другими органами. Например, сейчас мы изучаем роль белка LMI1 в росте плодов томата как важного сельскохозяйственного признака», - сказал Циантис., директор Института исследований селекции растений им. Макса Планка.