Ученые выяснили, как растения определяют, куда тянуть «вершки», а куда – «корешки»

«Так как стволовые клетки растений приводят к появлению всех их съедобных частей, понимание того, как регулируются генами их рост и функционирование может быть напрямую применено для модификации архитектуры растений и увеличения продовольственной эффективности сельскохозяйственных культур», - сказал Джефри Лонг из Солковского института биологических исследований в США.

В процессе эмбрионального развития растения формируются две группы стволовых клеток, одна из которых дает начало всем надземным органам растения - стеблю, листьям, цветкам и так далее, - а вторая определяет развитие корневой системы.

Лонгу и его коллеге Закери Смиту из Калифорнийского университета в Сан-Диего, удалось показать, как противостояние двух групп генов, оказывающих действие на работу других генов, приводит к формированию ориентированной геометрии растения с корневой системой на одном конце и зелеными побегами - на другом.

Свое открытие ученые совершили в процессе изучения работы гена TOPLESS, названного так потому, что нарушения в его работе приводят к развитию у растения развивает двух корневых систем - одной там, где ей и положено быть, а второй - на том месте, где должен развиваться зеленый стебель.

Оказалось, что TOPLESS кодирует белок, который оказывает подавляющее действие на гены, приводящие к развитию корня на месте побега.

В своей новой работе ученые установили, что этими генами являются гены PLETHORA 1 и 2, которые и раньше были известны ученым как гены, определяющие отличие популяции стволовых клеток корневой системы от стволовых клеток, которые определяют развитие надземной части растения.

«Если ген TOPLESS не «держит» эти гены в выключенном состоянии, они переключают работу других генов таким образом, что в верхней части растения также образуется корневая система», - пояснил Лонг.

В процессе работы с десятками тысяч мутантных растений ученые установили, что генетическими факторами, отвечающими за рост стебля и остальной надземной части растений является ген PHABULOSA из группы CLASS III HD-ZIP.

Его искусственная активация в стволовых клетках корневой системы - там, где развитием клеток правят гены PLETHORA, - в экспериментах ученых приводила к появлению на свет растений с двумя стеблями на концах.

Дальнейший анализ показал, что эти две группы генов, PLETHORA и HD-ZIP III, являются антагонистами, подавляющими работу друг друга в клетках. Их активность тщательно контролируется другими генами для правильного разделения зародыша на корневую и надземную части.