Лист оставляет «память о себе»

Ученые выяснили, как формируется архитектура цветка однодольных растений под воздействием окружающих его органов соцветия. Совместное исследование на стыке наук провели ботаники и физиологи растений МГУ и Королевских ботанических садов Кью (Великобритания). Результаты их многолетней работы опубликованы в престижном научном журнале Annals of Botany, посвященном наиболее значимым достижениям современной науки в изучении морфологии соцветий.

Впервые была предпринята попытка сопоставить влияние органов, расположенных на разных осях соцветия, на формирование самого цветка.

Обычный взгляд исследователей фрагментарен: изучают либо анатомическую структуру и заложение отдельных цветков (разметку, невидимую до определенного момента невооруженным глазом, детектируемую лишь по изменению активности тех или иных генов), либо отдельные органы, например листья. В данной работе удалось выяснить, как кроющие листья цветка (то есть листья, в пазухе которых развивается цветок) и прицветнички (листья на цветоножке) влияют на формирование цветка и структуру соцветия в целом. Это одна из первых попыток провести синтез морфологических, анатомических и физиологических данных по данному вопросу.

Объектом внимания российских ученых стали примитивные семейства цветковых растений из класса однодольных: шейхцериевые, частуховые, аировые, рдестовые и другие. Все они — представители прибрежной и водно-болотной флоры разных уголков мира. Есть среди них и уникальные цветковые растения, которые, как водоросли, предпочитают жить в морской воде, например зостера и посейдония. Эту группу растений с молекулярно-генетической точки зрения помещают в основание эволюционного древа однодольных растений.

Цветки и соцветия в целом, чтобы справиться со своей основной задачей — производством семян, требуют хорошего снабжения питательными веществами. Эти вещества поступают по проводящим тканям.

И действительно, авторам удалось показать, что преобразования, которые случаются в структуре соцветий, напрямую отражаются на путях, по которым питательные вещества поступают к плодам и цветкам.

_{Подпись к видео: На зачатке цветка сначала закладываются листочки околоцветника (обозначены зеленым и синим). Затем в центре будущего цветка размечаются плодолистики (обозначены розовым). Потом появляются тычинки (обозначены желтым)}

«Иногда возникают интересные конструкционные решения, которые не встречаются в других группах, — говорит кандидат биологических наук Маргарита Ремизова. — У триостренника, например, в соцветии нет кроющих листьев, и структура проводящей системы подверглась сильной перестройке. Такое же строение проводящей системы характерно и для модельного объекта экспериментальной ботаники — арабидописа Таля».

Одна из центральных идей статьи — о том, что разметка проводящих путей происходит по определенным законам. Как считает профессор Владимир Чуб, один из авторов широко известной модели развития цветка, разметка связана с гормональными потоками, возникновением позиционной информации в цветке, и на основе уже размеченных проводящих пучков растение проектирует структуру проводящей системы, которая возникнет в будущем.

Авторы исследовали также вопрос «исчезновения» листьев из структуры соцветия в процессе эволюции. И пришли к выводу, что лист может «исчезнуть» двумя путями.

В первом случае он оставляет «память о себе»: позиционную информацию, то есть право на то, чтобы «вернуться».

Тогда, согласно электронно-микроскопическим наблюдениям, видно, что цветок развивается в прежнем режиме, так, как будто бы кроющий лист присутствует. В ряде других случаев либо происходит полное «бесследное» исчезновение кроющего листа, либо его функции частично берут на себя листочки околоцветника или другие органы. Тогда позиционная информация видоизменяется, и это влияет на порядок заложения частей цветка.

«Для понимания закономерностей регуляции морфогенеза цветка, — говорит профессор Дмитрий Соколов, — мы изучили его развитие с помощью сканирующего электронного микроскопа и характер прохождения проводящих пучков в цветке, которые, по существующим предположениям, отражают пути транспорта гормона ауксина (с которым связаны многие моменты регуляции морфогенеза) на ранних стадиях развития, а также физиологические аспекты морфогенеза. Важно также принимать во внимание созданные к настоящему времени математические модели морфогенеза цветка. Такое исследование возможно только при сотрудничестве ученых из разных областей».

Доктор Пола Рудалл, руководитель отдела микроморфологии Королевских ботанических садов Кью добавляет: «Долговременные взаимодействия между учеными из разных стран и организаций оказались взаимовыгодными не только в плане объединения научных материалов и технических возможностей, но также и в смысле плодотворного обмена идеями. Наше сотрудничество привело к увеличению числа публикаций в наших организациях».

Материал подготовлен отделом науки «Газеты.Ru» и МГУ в  рамках сотрудничества с «Фестивалем науки».