Генетикам удалось понять биохимию цветения. При помощи манипуляций с генами они вычислили большой комплекс, который отвечает за все стадии цветения.
Большой группе биологов под руководством доктора Кирстин Кауфманн (Kerstin Kaufmann) из Университета в Вагиненгине ( Нидерланды) удалось выяснить молекулярные механизмы процесса цветения растений. Ученые изучали работу группы белков APETALA1 (АР1) -- факторов транскрипции в резуховидке Таля (Arabidopsis thaliana). Авторы работы показали, что группа АР1 регулирует работу 2298 генов, которые отвечают за весь процесс цветения, от образования цветочных зачатков до формирования лепестков и чашелистиков.
Цветы и свет
Известно, что растения начинают цвести, реагируя на смену длительности дня и ночи. Вообще-то этим соотношением определяются все процессы роста и развития растений. В умеренных широтах преобладают растения длинного дня, они цветут и плодоносят при продолжительности дня не менее 12 часов. За изменением количества света и его спектральным составом внимательно следят специальные системы фитохромов -- пигмент-белковых комплексов. От них сигналы передаются в регуляционные центры, и оттуда уже запускаются процессы гормональной регуляции.
Если физиология процесса цветения ученым более или менее понятна, то как весь этот сложный и многоэтапный процесс работает на молекулярном уровне и как образуются сами цветки, остается загадкой.
Комплекс переключает программу
Как объясняет доктор Кауфманн, цветение состоит из двух этапов -- формирования цветочных зачатков -- примордиев и развития из них полноценных цветков.
По словам ученых, чтобы растение перешло к цветению, сначала должно произойти определенное перепрограммирование клеток меристемной, или образовательной, ткани. Меристемные клетки растений не имеют специализации, но при определенных условиях, например когда на них начинают действовать гормоны, они могут превращаться в ту или иную ткань.
Как работает APETALA1
Комплекс APETALA1, рассказывают авторы, контролирует образование цветков у арабидопсиса. Когда ученые создали мутанты этого растения с измененными генами комплекса APETALA1, у них обычные цветки не формировались. Вместо них в результате беспорядочного деления клеток меристемы формировались ложные соцветия, состоящие из зачатков листьев и напоминающие цветную капусту.
«Комплекс АРETALA1 впервые был обнаружен в цветочном примордии -- зачатке будущего цветка. Мы предположили, что, скорее всего, именно там комплекс включает гены, ответственные за формирование чашелистиков и лепестков», -- пишут авторы.
Чтобы понять, как же работает APETALA1 в примордиях резуховидки Таля, доктор Кауфманн и ее коллеги вычислили все гены, которые контролирует этот комплекс.
Первое, что делает комплекс, -- запускает программу образования цветочных зачатков из меристемных клеток. Это происходит при помощи экспрессии трех генов -- GA3oxl, GA2oxl и RGA-LIKE2, говорит доктор Кауфманн. Все эти гены отвечают за синтез гормона гиббереллина, влияющего на растяжение и пролиферацию (разрастание клеток). После того как запустился процесс разрастания меристемных клеток под действием определенного количества гиббереллина, к процессу подключается еще один ген -- SEP3, благодаря которому из меристемных клеток начинают формироваться чашелистики, лепестки и другие органы цветка.
Более подробно о молекулярных механизмах образования цветков можно прочитать в последнем номере журнала Science.
