Как растения определяют свой конечный размер?

Организмы растут, чтобы соответствовать доступному пространству и ресурсам, что приводит к огромному разнообразию размеров и форм внутри популяции одного вида. Каковы генетические и физиологические механизмы, определяющие, насколько большим может вырасти организм?

У насекомых и млекопитающих клеточные и молекулярные факторы, лежащие в основе размера тела, хорошо изучены. Но у растений этот процесс озадачивал учёных на протяжении поколений. Контроль конечного размера растения — фундаментальная часть его развития, влияющая на вероятность успеха в конкретной среде.

«Крайне важно понять, как растения контролируют свой общий размер в процессе развития», — говорит Сью Ри из Института Карнеги, руководившая исследованием. — «Эти знания могут помочь повысить продуктивность сельского хозяйства и улучшить планирование землепользования, особенно в условиях изменяющегося климата».

Команда Карнеги — ведущий автор Флавия Босси, а также Бенджамин Джин, Елена Лазарус, Хизер Картрайт и Яннив Дороун — совершила важный прорыв в решении этой давней загадки. Их результаты опубликованы в журнале Development.

Ключом к пониманию этого процесса является переход от клеточной пролиферации (деления, увеличивающего количество клеток) к клеточной дифференцировке (специализации в органы и ткани).

Пролиферация прекращается, когда все клетки органа дифференцировались. Это контролирует количество клеток, составляющих орган, что, в свою очередь, определяет скорость и продолжительность роста органа и общий размер растения.

«Итак, мы хотели узнать: как растение понимает, когда выйти из стадии пролиферации?» — говорит Босси.

Используя ряд современных методов, команда определила, что ранее не охарактеризованный ген, названный ими CHIQUITA1, вместе с несколькими похожими генами CHIQUITA-like, играет решающую роль в поддержании времени перехода между пролиферацией и дифференцировкой у растения Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля). Они обнаружили, что CHIQUITA1 обеспечивает определённое количество циклов пролиферации клеток перед дифференцировкой, раскрывая важный шаг в контроле размера растения.

Босси заключила: «Растения фундаментально важны для многих аспектов человеческой жизни — от продовольствия до биотоплива, лекарств, древесины, текстиля и многого другого. Понимание того, как они развиваются и регулируют свой размер в ответ на условия окружающей среды, может помочь нам подготовиться к потеплению».

В отличие от большинства исследований клеточной пролиферации, эта работа проводилась на уровне отдельных клеток, а не популяции, подчёркивая, как много ещё предстоит узнать о правилах, управляющих биологией растений.