Израильские учёные нашли переключатель роста растений

Израильские биологи выяснили, как один гормон заставляет растение сначала заложить новый листовой элемент, а затем включить его рост. В роли переключателя работает меняющийся со временем «диалог» ауксина и гиббереллина.


Растению недостаточно просто наращивать зелёную массу. Каждый новый лист, цветок или боковой побег должен сначала появиться в строго определённой точке, а уже потом начать расширяться. Если рост включится слишком рано, форма органа нарушится; если задержится надолго, развитие остановится. Исследование Еврейского университета Иерусалима показало, как растение разводит эти две задачи по времени.

Работа опубликована в журнале Development. Команда Алона Исраэли и профессора Наоми Ори изучала сложные листья томата, состоящие из отдельных листочков. Такая модель удобна тем, что на одном молодом листе можно наблюдать и участки, где формируются новые элементы, и зоны, в которых рост временно подавлен.

Главную роль играет ауксин — один из основных растительных гормонов. Он давно известен как регулятор формирования органов и роста тканей. Загадка состояла в том, как одна и та же молекулярная система способна запускать два последовательных, но противоположных режима. Исследователи обнаружили, что ауксин меняет влияние на другой гормон — гиббереллин.

На первом этапе ауксиновый сигнал усиливает работу генов, отвечающих за разрушение гиббереллина, и одновременно снижает активность генов его синтеза. Уровень гиббереллина локально падает, рост притормаживается, и растение получает возможность определить место будущего листочка. Затем схема разворачивается: продолжительный ауксиновый сигнал активирует образование гиббереллина, после чего начинается расширение листовой пластинки.

Авторы проверили этот механизм не только по активности генов. Растения с искусственно повышенной активностью гиббереллина формировали меньше листочков. Когда содержание гормона локально снижали, дополнительные листочки возникали даже там, где обычно сохраняется промежуток между ними. А мутантные растения, не способные вырабатывать достаточно гиббереллина, хуже отвечали на ауксин и не обеспечивали нормального роста листовой пластинки.

«Один и тот же гормон должен выполнять две совершенно разные задачи во время формирования органа», — объясняет профессор Наоми Ори. По её словам, ауксин решает эту проблему, меняя со временем свой «разговор» с гиббереллином: сначала снижает его активность, чтобы новый орган мог сформироваться, а затем повышает её для последующего роста.

Молекулярным переключателем в данном случае является не отдельная молекула-кнопка, а последовательная смена режима гормонального взаимодействия. Быстрый ответ создаёт окно для закладки структуры, более медленный включает её развитие. Исследователи считают, что подобная двухступенчатая логика может действовать не только в листьях томата. Сходное разделение этапов требуется при формировании цветов, корней и других органов.

Для сельского хозяйства открытие пока не означает появления готового способа резко увеличить урожай. Форма листа, ветвление и скорость роста зависят от множества генов, условий среды и баланса нескольких гормонов. Однако выявленный механизм даёт селекционерам более точную мишень: потенциально можно менять не просто общий уровень гормона, а время и место его действия.

Это особенно важно для культур, у которых архитектура растения влияет на освещённость листьев, проветривание кроны и удобство сбора урожая. Ошибка в регулировке может дать противоположный результат — например, увеличить число зачатков, но ослабить их дальнейший рост. Поэтому практическое применение потребует испытаний на конкретных сортах и в полевых условиях.

Израильская работа показывает, что рост растений устроен не как непрерывное ускорение. Сначала клеткам необходимо получить разрешение на создание новой структуры, и лишь затем — команду на её расширение. Точность формы возникает благодаря короткой паузе между этими решениями.

СОВЕТ ОТ РЕДАКЦИИ

Регуляторы роста нельзя считать универсальным способом «подтолкнуть» растение: один и тот же гормон в разные сроки и в разных тканях способен дать противоположный эффект. В саду безопаснее опираться на рекомендованные для конкретной культуры схемы, а не увеличивать дозу в надежде ускорить развитие.

Фото: редакция ИЗНАНКИ.