Некоторые растения регенерируют, дублируя свою ДНК
Некоторые травянистые растения, будучи объеденными пасущимися животными (или поврежденными учеными в лаборатории), демонстрируют сверхкомпенсацию — производят больше биомассы и становятся более плодовитыми, чем в обычных условиях. Ученые выяснили, как растениям удается этот регенеративный подвиг.
Исследование опубликовано в журнале Molecular Ecology. Это первая работа, показывающая, что способность растения к резкому восстановлению после повреждения зависит от процесса дупликации генома, при котором отдельные клетки создают множество копий всего своего генетического материала.
Хотя явление дупликации генома известно науке десятилетиями, его цель редко изучалась, отметил профессор биологии животных Университета Иллинойса Кен Пейдж, проводивший исследование вместе с постдоком Дэниелом Скоулзом.
"Большинство травянистых растений — 90% — дублируют свои геномы. Мы хотели понять, для чего нужен этот процесс".
В исследовании 2011 года Пейдж и Скоулз показали, что растения, активно дублирующие геном, также энергичнее восстанавливаются после повреждений. Ученые предположили, что дупликация генома дает растениям необходимый импульс для преодоления стресса.
Оба исследования сфокусированы на Arabidopsis thaliana (резуховидке Таля), растении семейства капустных, часто используемом в качестве лабораторного объекта. Некоторые линии Arabidopsis способны к дупликации генома, другие — нет. У способных линий в отдельных клетках могут накапливаться десятки копий всех хромосом.
В новом исследовании Скоулз скрестил растения Arabidopsis, способные дублировать геном, с теми, у которых этой способности не было. Если бы связь между дупликацией ДНК и регенерацией была случайной, эта ассоциация должна была исчезнуть у потомства.
"Но ассоциация сохранилась у потомства, — сказал Скоулз. — Это первое доказательство того, что эти два признака, по-видимому, влияют друг на друга".
Для дальнейшей проверки гипотезы Скоулз экспериментально усилил способность растения Arabidopsis дублировать свой геном. Он выбрал линию, лишенную этой способности и к тому же демонстрирующую сильное снижение плодовитости после "поедания".
Как и ожидалось, модифицированное растение приобрело способность энергично восстанавливаться после повреждения.
"Нам удалось полностью смягчить в ином случае пагубные последствия повреждения, — сообщили исследователи. — Не было разницы в плодовитости между поврежденными и неповрежденными растениями".
Дупликация генома увеличивает клетки и предоставляет больше копий отдельных генов, что, вероятно, повышает производство ключевых белков и других молекул, стимулирующих рост клеток. Будущие исследования проверят эти идеи.