Несосудистые мохообразные живут колониями, которые покрывают землю и напоминают крошечные леса. В настоящем лесу растения конкурируют за свет в разных слоях полога. Если растение не получает достаточного количества солнечного света, оно прекращает боковое ветвление и вместо этого растет вертикально, чтобы достичь солнечного света.
Исследователи из Института молекулярной биологии растений (GMI) Грегора Менделя Австрийской академии наук обнаружили, что печеночница Marchantia polymorpha, чье растительное тело принципиально отличается от тела сосудистых растений, также адаптирует свою архитектуру в ответ на тень. Эти новые взгляды на эволюцию генетических путей, управляющих ветвлением, были опубликованы в Current Biology.
Леса состоят из многослойных навесов, в которых деревья и другие растения конкурируют за свет. Недостаток солнечного света приводит к тому, что растения регулируют свои модели ветвления, чтобы способствовать вертикальному росту. Растения воспринимают разницу между прямых солнечных лучей и тени через фитохромы, фоторецепторы, которые повсеместно присутствуют в растительный мир, от водорослей до мохообразных и цветковых растений.
«Нам давно известно, что фитохромы сообщают сосудистым растениям, что они перестают расти в боковом направлении и вместо этого растут вертикально, чтобы избежать или перерасти затеняющего соседа», — говорит первый автор Сюзанна Штройбель, бывший научный сотрудник группы Долана в GMI. Новые ветви вдоль стебля образуются из боковых меристем, генеративных центров стволовых клеток растений, которые способствуют боковому росту. «Эта реакция на тень требует отключения активности боковых меристем».
Печеночники уменьшают ветвление в тени
Исследователи выдвинули гипотезу, что печеночники, несосудистые мохообразные, которые, как предполагается, напоминают самые ранние растения, заселявшие землю, также обладают механизмом адаптации своего рисунка ветвления к изменяющимся условиям. условия освещения. Как и сосудистые растения, они имеют меристемы и способны к ветвлению. Однако, в отличие от сосудистых растений, которые разветвляются в боковом направлении ниже кончика или вершины, мохообразные разветвляются только на вершине в механизме, называемом дихотомическим ветвлением.
Исследователи фенотипировали печеночников и обнаружили, что при полном белом свете плоское тело печеночников, также известное как слоевище, регулярно разветвляется. «Однако в искусственной тени многие меристемы печеночника вдоль основной оси роста стали бездействующими и не давали ответвлений. Таким образом, в талломе проявлялись черты избегания тени», — говорит Штройбель. Поскольку печеночники также используют фитохромы, исследователи проанализировали мутации, влияющие на фитохром и гены, связанные с фитохромом. Они продемонстрировали, что, подобно сосудистым наземным растениям, сигнальный путь фитохрома направляет реакцию избегания тени у печеночников.
Независимая эволюция молекулярной регуляции?
Долан и его команда искали дополнительные генетические регуляторы дихотомического ветвления и активности меристем у M. polymorpha. Изучая паттерны экспрессии генов в полном белом свете по сравнению с оттенокони обнаружили, что фактор транскрипции, называемый MpSPL1, и специфичная для печеночников микроРНК (miRNA) оказывают антагонистическое действие на функцию меристем: MpSPL1 необходим для приведения меристем в состояние покоя, тогда как специфичная для печеночников miRNA активирует их.
Эти результаты частично контрастируют с известным молекулярным механизмом регулируемого светом бокового ветвления у Arabidopsis thaliana, наиболее изученной модели сосудистых растений. На самом деле, хотя гены, контролирующие регулируемое светом ветвление у Arabidopsis, также принадлежат к семейству SPL и являются мишенями miRNAs, они эволюционно далеки от тех, которые в настоящее время идентифицированы у печеночников.
С этими результатами команда предполагает, что молекулярные механизмы, регулирующие ветвление, могли развиваться независимо у мохообразных и сосудистые растения. «В целом, наши результаты демонстрируют, что частично консервативный механизм фитохром-регулируемой активности миРНК и гена SPL контролирует ветвление в полностью расходящихся семействах наземных растений с принципиально разными способами ветвления», — говорит руководитель группы GMI Лиам Долан, автор исследования.
