Изучение вегетативного размножения растений имеет ключевое значение для повышения урожайности и развития биоинженерии. Исследования Университета Кобе добились прогресса в изучении генетической регуляции этого процесса у печеночников, которые являются идеальными модельными растительными организмами и первыми кандидатами на культивирование в космосе.
Картофель – это клубни, имбирь – корневище, и в обоих растениях природа реализовала механизм вегетативного размножения. Растения создают структуры, из которых могут появляться генетически идентичные особи. Этот способ размножения очень важен для сельского хозяйства и садоводства, но его генетический механизм изучен крайне мало.
Генетик растений из Университета Кобе Исидзаки Кимицунэ считает, что печеночник Marchantia polymorpha является идеальным модельным организмом для изучения этого процесса, и в течение последних 10 лет занимался расшифровкой его генома и созданием инструментов для удобных генетических манипуляций.
Биолог признает, что печеночник интенсивно разрастается и доставляет неприятности садоводам, которые не успевают его удалять. Но именно неприхотливость и быстрое развитие этого мха позволяют проводить исследования ускоренными темпами, недоступными при использовании высокоорганизованных растений.
Печеночник Marchantia polymorpha размножается посредством крошечных отрывных почек, которые образуются в маленьких чашечках на верхней стороне листьев и распространяются дождем, ветром или животными. Кроме того, растение не отказывается и от полового размножения, правда оно возможно только в длинные летние дни.
В предыдущих исследованиях ученые обнаружили ген, который участвует в формировании как чашечек, так и половых репродуктивных органов растения. Но было совершенно неясно, как он работает.
В журнале New Phytologist группа из Университета Кобе сообщает, что растения, лишенные этого гена, как правило, не образуют вегетативных органов, а в редких случаях образуют пустые чашечки в форме рюмки (shot glass) вместо обычных широких и неглубоких чашек с почками. Ученые иронично назвали ген «рюмочным». Эксперименты показали, что он безусловно необходим для развития функциональных репродуктивных структур.
Изучая взаимодействие с другими известными генами, участвующими в процессе размножения, команда обнаружила, что в особях с чашечками в форме рюмки подавляется развитие воздушных камер в листьях печеночника. Это освобождает место для развития почечной чашечки, превращающейся в «рюмку», а также помогает факторам, необходимым для развития половых репродуктивных органов.
Ишизаки и его команда обнаружили, что цветковые растения, которые гораздо сложнее простого печеночника, имеют гены, родственные «рюмочным» генам мха. Они, вероятно, происходят от аналогичного гена предка всех наземных растений. Интересно, что у цветковых растений эти гены участвуют в регуляции развития вторичной меристемы, которая отвечает за побеги.
Когда ученые внедрили «рюмочный» ген печеночника в цветковое растение, у которого отсутствовала одна из его собственных версий, выяснилось, что примитивный «пришлый» ген легко компенсирует пробел в организме высшего растения. По мнению Ишизаки это свидетельствует о том, что механизм, посредством которого растения создают новые почки вдали от верхушки главного побега, может быть общим для всех наземных растений независимо от уровня их организации.
Но исследователь из Университета Кобе не намерен ограничиваться особенностями вегетативного и полового размножения мхов на Земле. Он лелеет более грандиозные планы.
В отличие от сельскохозяйственных культур, печеночники не нуждаются в почве и могут выращиваться с помощью гидропоники. Ученые намерены вывести печеночный мох с полностью съедобным организмом. Его можно использовать в качестве источника пищи даже в космосе.
Японские ученые также изучают возможность использования печеночника для биопроизводства ценных химических ресурсов. До сих пор такие биотехнологии были ограничены бактериями и дрожжевыми грибами. Новые знания о биологии этого внешне примитивного растения являются важным шагом на пути к биотехнологиям будущего.
Еще об одном знаковом генетическом исследовании университета Кобе, связанном с печеночниками и другим модельным растением — резуховидкой Таля — читайте в материале Hi-Tech Mail.
