Листья растений бывают самых разных форм, размеров и сложности. Некоторые листья большие и гладкие, другие меньшие и зубчатые. Некоторые листья растут отдельными частями, а другие образуют несколько листочков. Эти различия в структуре листьев играют решающую роль в том, как растения адаптируются и выживают в различных средах.
«Морфология растений разнообразна по своей природе», — сказал профессор Чжунччи Лю из Университета Мэриленда. «Морфологические различия способствуют выживанию растений, включая то, насколько хорошо растения могут регулировать температуру и насколько эффективно они могут транспортировать воду от корней к остальным частям тела. Понимание механизмов, ответственных за разнообразие форм листьев, приведет к лучшему пониманию того, как растения могут выжить в сложных условиях».
В статье, опубликованной в журнале Current Biology, лаборатория Лю определила два ключевых регуляторных пути, участвующих в развитии листьев на трех типах растений клубники с разной структурой листьев. Под руководством генов, выражающих различную сложность листьев каждого растения (одиночный или несколько листочков) или особенности края (гладкие или зубчатые края), два пути по очереди формировали листья с течением времени.
По мнению исследователей, эта связь между временем воздействия этих путей на развитие растений и возникающими в результате разнообразными структурами листьев может быть использована, чтобы помочь растениям адаптироваться или переносить более широкий спектр условий и сред.
«Если мы сможем настроить эти отношения, мы сможем сделать такие вещи, как, например, заставить клубнику производить большую биомассу, что потенциально будет способствовать увеличению производства фруктов», — объяснил ведущий автор исследования Си Луо. «Мы также можем вывезти эту клубнику куда-нибудь за пределы ее естественной среды обитания и расширить ее адаптивность, изменив морфологию листьев. Например, больше зубцов означает, что они будут иметь более высокую устойчивость к холоду. А более широкие и гладкие листья могут означать, что они будут лучше». выживанию в более теплых местах».
Команда Лю обнаружила, что оба пути воздействия влияют на растения клубники на разных стадиях развития. Например, путь, управляемый геном, который выражает сложность листьев, может диктовать, что у растения клубники развиваются однолистные образования, а не его обычная трехлистная (трехчастная) модель роста.
По мере взросления растения путь, управляемый геном, который выражает особенности края, может ингибировать ген CUC2 (который отвечает за рост и деление растительных клеток) и ограничивать глубину зазубрин листьев. По мере роста растения клубники эти пути работают вместе, чтобы активировать или ингибировать ген CUC2, в результате чего появляются растения различной формы, что может увеличить шансы растения клубники на выживание.
Однако выводы исследователей не ограничиваются клубникой. Эксперименты с арабидопсисом (небольшим цветковым растением, родственным капусте и горчице) показали аналогичную регуляцию особенностей края листа, что позволяет предположить, что эти механизмы формирования могут применяться и ко многим другим растениям.
Выяснение того, как растения контролируют форму своих листьев, дает ученым и земледельцам новые инструменты, которые помогут растениям противостоять жаре и другим климатическим условиям и более эффективно экономить воду. И это приближает ученых на шаг к подготовке мира к проблемам, связанным с изменением климата.
«Подобные исследования имеют большое значение для наших усилий в области охраны окружающей среды и сельского хозяйства», — сказал Луо. «Теперь мы лучше подготовлены к защите наших природных ресурсов и запасов продовольствия от экстремальных условий».
