Раскрыт секрет плоских листьев

Ученые выяснили, как скопления клеток в растении превращаются в плоские листья.

Растения вырабатывают энергию путем фотосинтеза. Чтобы улавливать, их листья содержат специальный светособирающий аппарат и зеленый пигмент хлорофилл. Для оптимального доступа света и эффективного обмена веществ листья максимально плоские и тонкие.

Выясняя, как  скопление клеток может превратиться в большую поверхность, биологи Тюбингенского университета расшифровали генетические механизмы, контролирующие плоский рост листьев. Команда Эмануэле Скакки проанализировала под микроскопом высокого разрешения генетические процессы во время роста модельного растения Arabidopsis thaliana и его видимое развитие.

В результате анализа выяснилось, что рост листьев контролируют малые молекулы РНК. С их помощью отдельные клетки листьев общаются друг с другом и таким образом узнают свое относительное положение в структуре: РНК служат своего рода молекулярными GPS-сигналами в листьях. Для придания листу нужной формы и функции эти РНК координируют, какие гены должны быть активированы или подавлены в клетках на его верхней и нижней сторонах. Обе эти поверхности резко отделяются друг от друга и образуют идеально ровное полотно для фотосинтеза.

В растущем листе регуляторный механизм работает автономно; в растении нет централизованного контроля. При этом активность генов может быстро адаптироваться к внутренним и внешним нарушениям в развитии листа. Даже в случае резкого изменения условий роста листья могут приобретать правильную форму. Механизм РНК может использоваться для создания разных форм листьев у различных видов растений, а также у нескольких особей одного вида.

Сотрудничавшие с биологами математики воспроизводили экспериментальные наблюдения в компьютерных моделях и поняли, что биологические закономерности в листьях растений, контролируемые малыми РНК, соответствуют концепции о формировании паттернов через самоорганизацию, которую Алан Тьюринг выдвинул более семи десятилетий назад.

Математик предположил, что простые взаимодействия между определенными молекулами в клетках живых организмов могут приводить к образованию сложных узоров, таких как пятна на шерсти леопарда или полосы на зебре. В случае с листьями под самоорганизацией понимается генетически контролируемое поведение клеток, которые образуют коллектив, чтобы создать последовательный организованный узор и плоскую структуру листа.

Полученные данные могут быть использованы, например, для выведения более устойчивых сортов растений.

Источник: scinexx.de