Ученые определили механизм формирования листьев

Сотрудники Центра Джона Иннеса разгадали секретный рецепт, используемый природой для создания разнообразных форм листьев.

Открытие было сделано при изучении пузырчатки (Utricularia gibba), хищного растения, развившего необычные чашевидные листья с ловушками для захвата добычи, сообщает phys.org. Команда рассматривала водную флору как модель для понимания общих принципов роста. Ученые обнаружили, что простая смена активности генов в почке обеспечивает гибкий механизм управления формой и размерами листьев.

«Мы определили общий принцип их развития. Он соответствует всем формам, от плоских, до игольчатых и скругленных, — сказал профессор Энрико Коу. – Мы выяснили, что сложные структуры хищных растений эволюционировали от видов с плоскими листьями за счет простого смещения генетической активности в почке. Нас удивило, как такой примитивный механизм обеспечивает большое разнообразие форм».

Прошлое исследование лаборатории автора определило поле полярности, разновидность встроенного клеточного компаса, направляющего рост и геометрию листа.

В новом проекте команда использовала молекулярный генетический анализ и компьютерное моделирование, чтобы показать, как изначально формируются структуры. Ученые определили второе поле полярности и домены генетической активности, участвующие в его работе.

Выводы исследования представлены в журнале Science.

Каждый лист пузырницы состоит из нескольких игловидных элементов и ловушки. Анализ показал, что формирование последней зависит от активности генов, ограниченной небольшим регионом. Без этого барьера ловушка не появлялась, оставались только игловидные листки.

Исследователи представили модель того, как смещение генетической активности создают поле полярности, направляющее рост тканей. Она предлагает простое механическое объяснение разнообразия форм листьев, включая появление чашевидных структур из плоских. Последние доминируют в природе, обеспечивая эффективный сбор света. Понимание принципов формирования листьев поможет ученым и селекционерам вывести более стойкие культуры.