Открыт ген «KARAPPO», запускающий вегетативное размножение у печёночников

Международная исследовательская группа раскрыла механизм бесполого размножения печёночного мха Marchantia polymorpha через образование клональных зачатков (выводковых почек, или гемм). Учёные обнаружили ген «KARAPPO», необходимый для инициации развития гемм. Эти фундаментальные знания могут лечь в основу технологий для повышения эффективности сельскохозяйственного и садоводческого выращивания растений.

В исследовании участвовали специалисты из Университета Кобе, Университета Киото, Национального университета Сингапура и Национального института фундаментальной биологии Японии. Результаты опубликованы 10 октября 2019 года в американском журнале Current Biology.

Суть открытия

Печёночник размножается вегетативно, образуя в специальных выводковых корзинках на слоевище клоны-геммы. Внутри корзинки клетки эпидермиса сначала удлиняются, затем проходят два цикла асимметричного клеточного деления, формируя клетку-зачаток геммы и базальную клетку. Клетка-зачаток продолжает делиться, в итоге образуя новое растение.

Исследователи изучили два мутантных растения, названных karappo-1 и karappo-2 (от японского «пустой»), у которых в выводковых корзинках не развивались геммы. С помощью секвенирования ДНК нового поколения был идентифицирован ответственный за этот процесс ген, который и назвали KARAPPO.

Механизм действия гена

Анализ аминокислотных последовательностей показал, что ген KARAPPO кодирует белок RopGEF. ROP — это малая GTP-связывающая белковая «молекула-переключатель» у растений, регулирующая множество клеточных процессов. RopGEF является фактором обмена гуаниновых нуклеотидов (GEF), который активирует ROP, катализируя замену GDP на GTP.

Белок RopGEF, кодируемый геном KARAPPO, запускает клеточное удлинение и асимметричные деления на начальной стадии развития геммы. Это доказывает, что ген KARAPPO абсолютно необходим для инициации процессов вегетативного размножения у печёночника.

Значение исследования

Результаты работы проливают свет на фундаментальные механизмы вегетативного размножения. Они подчёркивают важность ROP-зависимого асимметричного деления дифференцированных клеток у наземных растений. Развитие этого механизма позволило растениям бесполым путём производить и регенерировать клоны, что способствовало их доминированию в наземных экосистемах. Дальнейшее изучение этих процессов может привести к революционным разработкам в сельском хозяйстве и биотехнологии.