Международная группа исследователей под руководством биологов из Дюссельдорфского университета имени Генриха Гейне изучила, как формирование семян согласуется с ростом плодов. Ученые объяснили механизмы генетического контроля, лежащие в основе этого процесса.
Если вы откроете стручок гороха, вы обнаружите, что все горошины внутри одного размера и находятся на одинаковом расстоянии друг от друга. То же самое верно в отношении фасоли принцессы (крылатых бобов), фасоли огненно-красной и сои, а также различных других видов гороха и бобов, а также не зернобобовых. Это удивительно, потому что размер и количество семян, а также размер стручков существенно различаются от одного сорта к другому.
Группа исследователей из Германии, Австралии, Японии, США и Италии под руководством профессора доктора Рюдигера Саймона из Института генетики развития Дюссельдорфского университета имени Генриха Гейне проанализировала генетические механизмы, лежащие в основе этого феномена. Команда использовала различные дикие разновидности Резуховидки Таля, чтобы изучить генетические процессы, имеющие место за зарождением семяпочек - семязачатков, из которых появляются семена после оплодотворения, - и роста стручка. Эти дикие сорта выращивают в разных местах. Резуховидка Таля (Arabidopsis thaliana) - это модельное растение, используемое в биологии. Профессор Саймон прокомментировал: «Отдельные семена конкурируют друг с другом за питательные вещества. Чтобы гарантировать, что каждое семя получает равное количество и может хорошо развиваться, важно, чтобы семена были распределены как можно более равномерно на равных расстояниях в стручке».
Даже у разных диких сортов Arabidopsis thaliana наблюдаются значительные различия в размере плодов и количестве семян. Однако исследователи также обнаружили единый генетический механизм, который контролирует положение семян в стручке независимо от факторов окружающей среды, таких как температура.
Семена в различных стручках фасоли и гороха (вверху: китайский снежный горох; в середине: крылатые бобы; внизу: фасоль огненно-красная или турецкие бобы). Исследовательская группа выяснила, почему расстояние между семенами в каждом стручке такое одинаковое и как расстояние связано с размером плода. Фото: HHU / Nozomi Kawamoto
Команда установила, что формирование семян контролируется несколькими сигнальными путями в точно определенных положениях. Эти сигнальные пути активируются небольшими секретируемыми белками из семейства EPFL. Эти пептиды обнаруживаются на поверхности клетки рецепторами семейства ERECTA. Один из пептидов, EPFL2, образуется между развивающимися семяпочками, где он регулирует расстояние между семенами. Там, где этого пептида нет, исследователи обнаружили нерегулярное расстояние - это означает, что соседние семена больше конкурируют за питательные вещества - или даже двойникование семяпочек, что обычно не приводит к полноценному развитию семяпочек. Этот пептид EPFL2 и очень близкий к нему пептид EPFL9 также контролируют развитие плодов. В результате образование семян тесно связано с ростом стручков.
Доктор Нозоми Кавамото, первый автор исследования, выделил еще один аспект: «Те же сигнальные вещества и рецепторы, которые мы определили как ответственные за относительный размер стручков и расстояние между семенами, также отвечают за расположение устьиц листа и микроструктуру зубчатых листьев». Растение использует устьица, чтобы регулировать газообмен с окружающей средой.
Исследование описано в статье, опубликованной в журнале Current Biology.
Источник: Phys.org / University Duesseldorf
