Секретный рецепт, который природа использует для создания разнообразных форм листьев, которые мы видим повсюду вокруг нас, был раскрыт в ходе исследований.
Открытие было сделано при изучении плотоядного растения Utricularia gibba (пузырька пузырчатого), у которого развились необычные чашеобразные листья с люками для ловли добычи.
Команда из Центра Джона Иннеса исследовала водные растения в качестве модели, чтобы понять общие принципы, по которым растения производят свои листья.
В этом исследовании они обнаружили, что простые сдвиги в активности генов в зачатке листа обеспечивают гибкий механизм образования листьев всех форм и размеров.
"Мы обнаружили общий принцип, по которому образуются листья от плоских листов до игольчатых и изогнутых форм", - говорит профессор Энрико Коэн из Центра Джона Иннеса.
"Мы обнаружили, что сложные формы листьев плотоядных растений произошли от видов с плоскими листьями посредством простых сдвигов в генной активности в листовой почке. Нас удивило то, как такой простой механизм мог лежать в основе такого широкого разнообразия формы листьев."
Предыдущее исследование лаборатории профессора Коэна выявило поле полярности - своего рода встроенный клеточный компас, который направляет рост и формирование листа из слоя клеток.
Здесь, в исследовании, опубликованном в журнале Science, они использовали молекулярно-генетический анализ и компьютерное моделирование, чтобы показать, как в первую очередь формируется клеточный лист, идентифицировав поле второй полярности и задействованные домены генной активности. в настройке.
Каждый лист Utricularia gibba состоит из нескольких игольчатых листочков вместе с ловушкой. Их анализ показал, что инициация и развитие ловушек зависели от активности генов, ограниченной небольшой областью. Без ограничений ловушки не развивались и образовывались только игольчатые листочки.
Исследование представляет модель, в которой такие сдвиги в активности генов устанавливают поле полярности, которое ориентирует рост тканей. Вместе они предлагают простое механистическое объяснение разнообразных форм листьев и объясняют, как чашеобразные листья развились из плоских листьев.
Большинство листьев плоские, чтобы собирать свет для фотосинтеза. Так зачем изучать эти странные чашеобразные исключения из правил, если вы хотите найти общие принципы изготовления листьев?
Если вы хотите понять, почему вода кипит при 100°C, ищите ситуации, в которых она не кипит, например, на вершине Эвереста, где она кипит при 70°C. Отсюда мы узнаем общий принцип эта точка кипения зависит от давления воздуха. Точно так же, если вы хотите понять, почему большинство листьев плоские, вы можете изучить исключения, такие как листья некоторых плотоядных растений, которые образуют кувшины, чтобы ловить добычу», - объясняет профессор Коэн.
Плоскостность листьев важна для того, как растения собирают свет, обеспечивая энергию и пищу, которые поддерживают жизнь на планете. Поняв принципы образования листьев, ученые и селекционеры смогут вывести более устойчивые культуры.