Организмы растут, чтобы соответствовать пространству и ресурсам, доступным в их среде, что приводит к огромному разнообразию размеров и форм тела в популяции одного и того же вида. Какие генетические и физиологические механизмы определяют, насколько большим может вырасти организм?
У насекомых и млекопитающих хорошо известны клеточные и молекулярные факторы, определяющие размер тела. Но у растений этот процесс озадачил ученых на протяжении поколений. То, как растение контролирует размер, до которого оно вырастает, является фундаментальной частью процессов его развития и влияет на вероятность его успеха в конкретной среде.
«Крайне важно понять, как растения контролируют свой общий размер во время развития», — сказала Сью Ри из Карнеги, возглавлявшая группу ученых, расследовавших эту загадку. «Эти знания могут помочь нам повысить продуктивность сельского хозяйства и направить процесс принятия решений в области землепользования, тем более что многие условия окружающей среды меняются в результате изменения климата».
Команда Карнеги — ведущий автор Флавия Босси вместе с Бенджамином Джином, Еленой Лазарус, Хизер Картрайт и Яннив Дороун — совершила важный прорыв в ответе на этот давний вопрос. Их выводы опубликованы в журнале Development.
Ключом к объяснению этого процесса является переход от клеточной пролиферации — деления, увеличивающего количество клеток — к клеточной дифференцировке — специализации на органы и ткани.
Пролиферация заканчивается, когда дифференцировались все клетки органа. Это контролирует количество клеток, составляющих этот орган, и, в свою очередь, скорость и продолжительность роста органа определяют общий размер тела растения.
«Итак, мы хотели знать, как растение узнает, когда выйти из стадии размножения?» — говорит Босси.
Используя ряд передовых методов исследования, команда смогла определить, что ранее неизвестный ген, который они назвали CHIQUITA1, вместе с несколькими подобными CHIQUITA-подобными генами, играет решающую роль в поддержании времени перехода между пролиферацией и дифференцировкой у горчицы (Arabidopsis thaliana). Они обнаружили, что CHIQUITA1 гарантирует, что клетки пролиферируют определенное количество раз, прежде чем дифференцироваться, раскрывая важный шаг в том, как контролируется размер тела растения.
Босси приходит к выводу: «Растения играют фундаментальную роль во многих аспектах человеческой жизни — от продуктов питания до биотоплива, лекарств, пиломатериалов, текстиля и многого другого. Понимание того, как они развиваются и регулируют свой размер в ответ на условия окружающей среды, может помочь нам подготовиться к согревающий мир».
В отличие от большинства исследований клеточной пролиферации, эта работа проводилась на уровне отдельных клеток, а не на уровне популяции, что подчеркивает, как много еще предстоит узнать о правилах, регулирующих биологию растений.
