Изучение вегетативного размножения растений — ключ к повышению урожайности и биоинженерии

Исследования в области генетической регуляции вегетативного размножения у маршанции многообразной (Marchantia polymorpha) проводятся в университете Кобе. Это растение рассматривается как идеальный модельный организм для изучения данного процесса, а также как кандидат для выращивания в космосе.

Вегетативное размножение растений

Картофель и имбирь — примеры растений, которые размножаются вегетативно. В этом процессе растения создают структуры, из которых могут появиться генетически идентичные особи. Этот способ размножения очень важен для сельского хозяйства и садоводства, однако исследований генетических механизмов, лежащих в его основе, не так много.

Исследования в университете Кобе

Генетик растений из университета Кобе Ишизаки Кимицунэ считает, что маршанция многообразная является идеальным модельным организмом для изучения этого процесса. За последние 10 лет он участвовал в расшифровке генома этого растения и разработке инструментов для его удобной генетической манипуляции.

Ишизаки говорит: «Маршанция так быстро размножается, что считается сорняком для садоводов, быстро восстанавливаясь, независимо от того, как часто её удаляют».

Размножение маршанции

Маршанция распространяется через крошечные отделяемые почки, называемые «геммами», которые образуются в маленьких чашках на верхней стороне «листьев» растения и разносятся дождём, ветром или животными. Помимо этого, растение также участвует в половом размножении, переходя к вегетативному размножению, когда дни становятся длиннее летом.

В предыдущих исследованиях учёные обнаружили ген, который, по-видимому, участвует в формировании как чашек с геммами, так и половых репродуктивных органов растения. Однако было совершенно неясно, что он делает, поэтому исследователи захотели узнать больше.

Открытие гена «shot glass»

Команда из университета Кобе сообщает в журнале New Phytologist, что растения, лишённые этого гена, обычно не формируют вегетативные или половые репродуктивные органы, а в редких случаях формируют пустые чашки в форме рюмки вместо обычно широких и неглубоких чашек с геммами. Поэтому ген был назван «shot glass» (чашка в форме рюмки).

Это показывает, что ген необходим для развития функционирующих репродуктивных структур. Изучая взаимодействие с другими генами, известными как участвующие в этом процессе, команда обнаружила, что ген «shot glass» действует, подавляя развитие воздушных камер в «листьях» растения, чтобы освободить место для развития чашек с геммами, и помогая факторам, необходимым для развития половых репродуктивных органов, расположиться в нужном месте.

Удивительные находки

Ишизаки и его команда обнаружили нечто удивительное. Они знали, что у цветковых растений, которые гораздо сложнее, чем простая маршанция, есть гены, родственные гену «shot glass» и, вероятно, происходящие от того же гена у предка всех наземных растений. Интересно, что у цветковых растений эти гены также участвуют в регуляции развития вторичной меристемы, которая, в широком смысле, заставляет растение отращивать ветви.

Когда они ввели ген маршанции в цветковое растение, лишённое одной из своих версий, они обнаружили, что он может даже компенсировать пробел, оставленный его более эволюционно развитым родственником.

Ишизаки объясняет: «Это говорит о том, что механизм, с помощью которого растения создают новые почки вдали от верхушки основного побега, может быть общим для всех наземных растений».

Это означает, что маршанция Ишизаки действительно является удобным модельным организмом для изучения этого важного для сельского хозяйства процесса. Но у исследователя из университета Кобе есть более масштабные планы.

«В отличие от сельскохозяйственных растений, маршанции не нужна почва, их можно выращивать с помощью туманного культивирования. Мы изучаем развитие маршанций, при котором всё тело напрямую доступно в качестве пищевого ресурса. Это означает, что его можно использовать даже в качестве источника пищи в космосе», — объясняет Ишизаки.

«Мы также изучаем возможность использования маршанции в качестве организма для биопроизводства ценных химических ресурсов, которое до сих пор практически ограничивалось бактериями и дрожжами. Разрабатываемые нами инженерные технологии и знания, которые мы собираем о биологии растения, являются важным шагом в этом направлении».

Предоставлено университетом Кобе.

Источник