Ученые впервые объяснили ключевой механизм развития у растений

Нормальное развитие животного или растения можно сравнить с успешным исполнением сложной симфонии: в процесс вовлечено множество "игроков", а их вклад должен происходить в точной пространственно-временной последовательности.

Исследователи из Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) впервые объяснили работу механизма у растений, который контролирует класс ключевых регуляторных генов развития — гомеобоксные гены.

Изучаемые гены BREVIPEDICELLUS (BP) и KNAT2 должны быть активны в стволовых клетках растений, чтобы те сохраняли неспециализированный характер. Когда наступает подходящий момент для начала роста органов (например, листьев), BP и KNAT2 выключаются, чтобы развитие могло продолжиться.

Команда профессора Марьи Тиммерманс обнаружила, как действие "игроков" точно координируется во времени и пространстве у растений.

Ключевое открытие:

  • Высококонсервативный комплекс белков Polycomb-repressive complex2 (PRC2) запускает процесс эпигенетической регуляции, который физически маркирует целевые гены (BP и KNAT2) для репрессии (подавления).
  • PRC2 доставляется к специфическим участкам генома с помощью ДНК-связывающих белков ASYMMETRIC LEAVES1 (AS1) и AS2 (у изучаемого растения Arabidopsis).
  • Когда стволовая клетка начинает превращаться в клетку листа, AS1 и AS2 активируются, связываются с участками ДНК рядом с генами BP и KNAT2 и рекрутируют комплекс PRC2 для их подавления.
  • Эпигенетическая метка, которую оставляет PRC2, действует как клеточная память, является наследуемой и необходима для правильного развития листьев и других органов растения.

Значение исследования:

  • Помогает понять, как эволюция, внося небольшие корректировки в время экспрессии таких мастер-регуляторов, создает разнообразие форм за огромные промежутки времени.
  • Управление этими регуляторными системами развития может потенциально улучшить регенерацию растений (процесс получения нового растения из листа существующего), который аналогичен созданию человеческих iPS-клеток (индуцированных плюрипотентных стволовых клеток).

Исследование опубликовано в журнале Genes & Development.