На этом изображении, похожем на цветок, показано растение, которое развивается неправильно. Это результат исследования, в ходе которого ученые из EMBL и Сиднейского университета обнаружили молекулярную петлю обратной связи, которая создает спиральный рисунок листьев вокруг стебля. Работа опубликована сегодня в журнале Current Biology.
На протяжении веков художников, биологов и математиков вдохновляли повторяющиеся узоры растительного мира: изысканная симметрия цветов, широкие спирали семян, шипов и листьев. Однако у растения на этом изображении неправильная спираль. Вместо нескольких листьев, расположенных по спирали, у него развиваются два непрерывных спиралевидных органа.
Как растения создают такие удивительные узоры? Основываясь на математическом моделировании и компьютерном моделировании, ученые знают, что если органы растений, такие как листья или лепестки, образуются через равные промежутки времени, эти сложные узоры могут возникать автоматически. Так как же растения производят органы через равные промежутки времени? Биологи знали, что ответ заключается в том, что клетки растущего растения координируют свои действия со своими соседями для транспортировки растительного гормона ауксина в места его накопления. В каждой точке доступа ауксина начинает расти новый лист. Но как формируются и поддерживаются эти горячие точки?
Неха Бхатиа, аспирант лаборатории Маркуса Хейслера в EMBL, обнаружила, что если клетка обнаруживает много ауксина, она заставляет соседние клетки транспортировать гормон к этой клетке. Это создает точку доступа. В то же время он истощает уровень ауксина в окружающей области, поэтому другая горячая точка может образоваться только на приличном расстоянии, где влияние этой клетки больше не ощущается. Это, заключают ученые EMBL, создает регулярное расстояние между активными точками ауксина и, следовательно, между листьями.
Удивительно, но Бхатия обнаружил, что эта петля обратной связи должна быть активна не только в клетках на поверхности растущего растения, но и в клетках ниже. Если только поверхностные клетки могут реагировать на ауксин, ауксин накапливается слишком много и начинает просачиваться вбок. Это дает начало замечательным спиралевидным органам на картинке. Ученые EMBL предполагают, что это может быть то, что происходит с некоторыми видами кактусов Cereus, листья которых имеют спиралевидную форму.