Идентифицирован ключевой фактор вегетативного размножения растений, сохранившийся с древних времен

Международная исследовательская группа идентифицировала важный транскрипционный фактор GCAM1 (Gemma cup-associated MYB1), который позволяет печёночным мхам размножаться вегетативно, образуя клональное потомство. Более того, было установлено, что этот фактор имеет общее происхождение с генами, регулирующими образование пазушных почек у покрытосеменных растений. Наличие GCAM1 у печёночников указывает, что этот механизм был важным эволюционным приобретением общего предка наземных растений как минимум 430 миллионов лет назад.

Эти открытия могут привести к разработке технологий для повышения эффективности размножения различных растений в сельском хозяйстве и садоводстве.

Результаты исследования были опубликованы в американском научном журнале Current Biology 7 ноября 2019 года.

Роль GCAM1 в образовании выводковых почек

• Вегетативное размножение у печёночника Marchantia polymorpha происходит внутри специальных выводковых корзинок (gemma cups), которые формируются на поверхности тела растения.
• Комплексный анализ экспрессии генов выявил ключевую роль транскрипционного фактора GCAM1. У мутантных растений, лишённых этого гена (GCAM1 mutant), выводковые корзинки не формировались, при этом другие аспекты роста не нарушались.
• Сверхэкспрессия GCAM1 приводила к остановке роста растения и увеличению количества недифференцированных клеток со свойствами стволовых. Это указывает, что в норме GCAM1 подавляет дифференцировку клеток в меристемных областях, что и позволяет формироваться выводковым корзинкам и выводковым почкам (gemmae).

Эволюционная связь с покрытосеменными

• GCAM1 принадлежит к семейству R2R3-MYB транскрипционных факторов. У покрытосеменных растений гены того же подсемейства (например, RAX у Arabidopsis thaliana и Blind у томатов) известны своей ролью в формировании пазушных почек.
• Эксперимент на модельном растении Arabidopsis thaliana показал, что введение гена GCAM1 из печёночника в мутант Arabidopsis (без гена RAX) восстанавливало образование пазушных почек.
• Это доказывает, что ген печёночника GCAM1 и гены покрытосеменных (например, RAX) являются ортрологами — генами разных видов, произошедшими от общего предкового гена и сохранившими сходную функцию.

Выводы и перспективы

Обнаружение ортрологической связи между GCAM1 печёночников и генами формирования пазушных почек у покрытосеменных позволяет предположить, что эти процессы имеют общий древний механизм, унаследованный от общего предка наземных растений.

Дальнейшее изучение GCAM1 и его регуляторных сетей может заложить основу для технологий управления образованием побегов у сельскохозяйственных культур, что напрямую повлияет на их продуктивность.