Шпинат совсем не похож на петрушку, базилик не имеет ничего общего с тимьяном. Каждое растение имеет типичную форму листьев, которая может различаться даже в пределах одной семьи. Информация о форме листьев хранится в ДНК. По данным исследователей из Института селекционных исследований Макса Планка в Кельне, сердечник шершавый (Cardamine hirsuta) обладает определенным геном, которому он и обязан своими изрезанными листьями.
Этот гомеобоксный ген замедляет размножение и рост клеток между листками, позволяя им отделяться друг от друга. Генетическое растение-модель, используемое ботаниками всего мира, арабидопсис, не обладает этим геном. Поэтому его листья не расчленены, и вырастают простыми и целыми.
Милтос Тсиантис и его коллеги из Института Макса Планка обнаружили новый ген при сравнении двух растений из семейства Капустных (Brassicaceae): сердечника шершавого с расчлененными листьями, которые образуют листочки, и арабидопсиса, обладающего простыми листьями.
Исследователи определили ген RCO (Снижения сложности), который делает листья шершавого сердечника более сложными. У арабидопсиса этот ген отсутствует и, соответственно, у него нет мелких листиков. RCO активен только в растущих листьях. Он обеспечивает прекращение размножения клеток и предотвращает их рост по краям листа и между участками формирования листочков.
Листья арабидопсиса простые и цельные, потому что их рост не подавляется геном RCO, – объясняет Тсиантис. – Если бы мы не сравнили два этих растения, то мы бы никогда не обнаружили разницу, так как невозможно найти ген там, где его нет.
Ученые впервые выявили данный ген RCO через мутации шершавого сердечника. В отсутствии функционального RCO гена сердечник больше не образует изрезанные листочки. Ген RCO принадлежит к кластеру из трех генов, которые возникли в процессе эволюции из-за дублирования одного гена.
У арабидопсиса оригинальный тройной кластер сейчас состоит из одного единственного гена. Когда ученые в лаборатории вернули арабидопсису ген RCO, эволюция частично повернула вспять.
Простые овальные листья арабидопсиса развили глубокие доли, – рассказывает Тсиантис, – тот факт, что форма листа снова становится сложной только благодаря переносу единственного гена RCO, показывает, что большая часть аппарата для формирования листиков до сих пор присутствует у арабидопсиса, а вовсе не была потеряна с геном RCO.
Исследовательская группа также более подробно рассмотрела последовательность RCO и обнаружила, что этот ген является гомеобоксным. Подобные гены функционируют как генетических переключатели, включая или выключая другие гены. Ученые также продемонстрировали, что функция RCO гена ограничивается созданием формы листьев, и от него не зависит, будут ли листья образовываться или нет.
Потеря гена RCO не приводит к каким-либо другим видимым изменениям шершавого сердечника. Таким образом, его действие ограничено замедлением роста клеток на краю листа. RCO не работает вместе с растительным гормоном, ауксином. Подобная специфика делает RCO наиболее вероятным элементом, управляющим эволюцией формы листьев, чем любой другой из идентифицированных на сегодняшний день генов. Тсиантис и его коллеги намерены в ближайшие месяцы расшифровать его точную функцию.
Ученые также изучили ещё два гена, которые образуют кластер с RCO и которые возникли в ходе эволюции за счёт дублирования гена предшественника. Исследователи стремились узнать, как возникла эта неизвестная ранее функция RCO по развитию сложности листьев. По-видимому, основная функциональная разница заключается в контрольных районах генов, а не в белковых последовательностях.
Контрольные регионы указывают, когда и как читается соответствующий ген. Если тот или иной ген подвергается влиянию контрольной области RCO, растение начинает формировать сложные листья. Таким образом, рассеченные листья шершавого сердечника в первую очередь обязаны своей формой контрольной области гена RCO.
