Исследование выявило ген, ответственный за разнообразие цветовых узоров у африканских фиалок

Цветы — специализированные структуры растений, состоящие из красочных лепестков и зелёных чашелистиков, играют ключевую роль в размножении растений. Помимо декоративной ценности, цветы приобрели эмоциональное и культурное значение на протяжении многих лет.

Африканская фиалка, известная в науке как Streptocarpus sect. Saintpaulia ionanthus Wendl., — это замечательное декоративное растение с уникальными цветовыми узорами благодаря накоплению антоцианов — химических веществ, придающих различную окраску.

Среди разнообразных сортов фиалок

Среди разнообразных сортов фиалок особое внимание привлекает разновидность с бело-полосатыми лепестками, выведенная исключительно из-за её эстетической привлекательности и ценности в садоводстве.

До недавнего времени

До недавнего времени учёные полагали, что бело-полосатые фиалки являются результатом перикланальной химеры — генетически различных слоёв клеток, которые дают начало разным цветам. Однако недавние исследования с участием цветов хризантем показали, что за вариативность цвета цветков отвечает определённый ген под названием MYB.

Для выявления механизмов, управляющих накоплением пигмента

Для выявления механизмов, управляющих накоплением пигмента и формированием узоров на лепестках фиалок, группа учёных под руководством профессора Мунетака Хосокава из Высшей школы сельского хозяйства Университета Киндай в Японии, включая доктора Даичи Курату, провела новое исследование.

Учёные предположили, что бело-полосатый узор на лепестках обусловлен избирательной регуляцией генов, а не перикланальной химерой. Они провели углублённый анализ экспрессии генов и эпигеномное профилирование. Результаты исследования были опубликованы в New Phytologist.

Профессор Хосокава говорит: «Меня заинтересовало, какие черты люди выбрали у декоративных цветов в процессе одомашнивания сельскохозяйственных культур. Для проведения таких исследований необходимо подходящее модельное растение, и мы продолжаем эксперименты, полагая, что Saintpaulia может служить хорошей модельной культурой».

Изначально исследователи использовали методы культуры растительных тканей

Изначально исследователи использовали методы культуры растительных тканей для получения растений фиалки с розовыми, белыми или бело-полосатыми лепестками. Во время анализа фенотипов у регенерированных растений они наблюдали вариации в накоплении антоцианов, что приводило к случайной пигментации и изменению цвета.

Продвинутый анализ секвенирования генома показал

Продвинутый анализ секвенирования генома показал, что важные гены биосинтеза антоцианов (ABGs) были подавлены в белых лепестках. Чтобы определить ключевой регулятор, ответственный за подавление ABG, исследователи обратились к количественной обратной транскрипции — полимеразной цепной реакции (qRT-PCR) — экспериментальному методу количественной оценки уровней экспрессии генов — и молекулярно-филогенетическому древу. Результаты показали, что гены SiMYB2 и SibHLH2 могут быть вовлечены в нестабильную пигментацию лепестков фиалки.

Анализ показал, что SiMYB2 является специфическим геном, связанным с нестабильным накоплением пигмента. Геномное картирование гена SiMYB2 выявило, что он производит два различных транскрипта мРНК, называемых SiMYB2-Long и SiMYB2-Short. Примечательно, что SiMYB2-Long экспрессировался в окрашенных тканях, а SiMYB2-Short — только в неокрашенных тканях.

Таким образом, это исследование выявляет ген, ответственный за вариативность фенотипа фиалки, которая изменяется во время размножения на основе тканевой культуры.

Профессор Хосокава заявляет: «Люди давно создали множество сортов цветов, используя мутации. Однако исследования цветочных узоров всё ещё находятся на ранней стадии, и мы только начинаем понимать, как они возникают. В ближайшие пять-десять лет генетическая основа формирования цветочных узоров может стать более понятной, что потенциально позволит более целенаправленно выводить узорчатые цветы».

Источник