არასისხლძარღვოვანი ბრიოფიტები ცხოვრობენ კოლონიებში, რომლებიც ფარავს მიწას და წააგავს პატარა ტყეებს. ნამდვილ ტყეში მცენარეები ეჯიბრებიან სინათლისთვის ტილოების სხვადასხვა ფენებს. თუ მცენარე არ იღებს საკმარის მზის შუქს, ის წყვეტს გვერდითი განშტოებას და ამის ნაცვლად იზრდება ვერტიკალურად, რათა მიაღწიოს მზის შუქს.
ავსტრიის მეცნიერებათა აკადემიის გრეგორ მენდელის მცენარეთა მოლეკულური ბიოლოგიის ინსტიტუტის (GMI) მკვლევარებმა აღმოაჩინეს, რომ ღვიძლი Marchantia polymorpha, რომლის მცენარის სხეული ფუნდამენტურად განსხვავდება სისხლძარღვოვანი მცენარეებისგან, ასევე ადაპტირებს თავის არქიტექტურას ჩრდილის საპასუხოდ. ეს ახალი შეხედულებები გენეტიკური გზების ევოლუციის შესახებ, რომლებიც მართავენ განშტოებას, გამოქვეყნდა აქტუალური ბიოლოგიის.
ტყეები დამზადებულია მრავალშრიანი ტილოებისგან, რომლებშიც ხეები და სხვა მცენარეები ეჯიბრებიან სინათლისთვის. მზის არასაკმარისი შუქი აიძულებს მცენარეებს დაარეგულირონ თავიანთი განშტოებები, რათა ხელი შეუწყონ ვერტიკალურ ზრდას. მცენარეები აღიქვამენ განსხვავებას შორის პირდაპირი მზის სხივი და დაჩრდილეთ ფიტოქრომებით, ფოტორეცეპტორებით, რომლებიც უნივერსალურად არის წარმოდგენილი მცენარეთა სამეფო, წყალმცენარეებიდან ბრიოფიტებამდე აყვავებულ მცენარეებამდე.
„ჩვენ დიდი ხანია ვიცით, რომ ფიტოქრომები აცნობებენ სისხლძარღვთა მცენარეებს შეწყვიტონ გვერდითი ზრდა და პირიქით გაიზარდონ ვერტიკალურად, რათა თავიდან აიცილონ ან გადააჭარბონ დაჩრდილულ მეზობელს“, - ამბობს პირველი ავტორი სუზანა სტრეუბელი, დოლანის ჯგუფის ყოფილი პოსტდოქტორანტი GMI. ღეროს გასწვრივ ახალი ტოტები წარმოიქმნება გვერდითი მერისტემებიდან, მცენარის ღეროვანი უჯრედების გენერაციული ცენტრებიდან, რომლებიც ხელს უწყობენ ლატერალურ ზრდას. „ჩრდილისადმი ეს რეაქცია მოითხოვს გვერდითი მერისტემების აქტივობის დახურვას“.
ღვიძლი ამცირებს განშტოებას ჩრდილში
მკვლევარებმა წამოაყენეს ჰიპოთეზა, რომ ღვიძლში, არასისხლძარღვოვან ბრიოფიტებს, რომლებიც სავარაუდოდ მიწის კოლონიზირებულ მცენარეებს ჰგვანან, ასევე აქვთ მექანიზმი, რომ მოერგოს მათი განშტოების ნიმუში ცვლილებას. სინათლის პირობები. სისხლძარღვოვანი მცენარეების მსგავსად, მათ აქვთ მერისტემები და შეუძლიათ განშტოება. თუმცა, სისხლძარღვოვანი მცენარეებისგან განსხვავებით, რომლებიც განშტოდებიან ლატერალურად წვერის ან მწვერვალის ქვემოთ, ბრიოფიტები მხოლოდ მწვერვალზე განშტოდებიან მექანიზმით, რომელსაც ეწოდება დიქოტომიური განშტოება.
მკვლევარებმა შეადგინეს ღვიძლი ფენოტიპი და დაადგინეს, რომ სრულ თეთრ შუქზე ბრტყელი ღვიძლის სხეული, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც თალუსი, რეგულარულად განშტოდა. „სიმულაციურ ჩრდილში, თუმცა, ზრდის ძირითადი ღერძის გასწვრივ ღვიძლის მრავალი მერისტემი მიძინებული გახდა და ტოტები არ გამოუშვა. ამრიგად, თალუსმა გამოხატა ჩრდილების თავიდან აცილების თვისებები“, - ამბობს სტრეუბელი. ვინაიდან ღვიძლი ასევე იყენებს ფიტოქრომებს, მკვლევარებმა გააანალიზეს მუტაციები, რომლებიც გავლენას ახდენენ ფიტოქრომსა და ფიტოქრომთან ასოცირებულ გენებზე. მათ აჩვენეს, რომ სისხლძარღვოვანი მიწის მცენარეების მსგავსად, ფიტოქრომის სასიგნალო გზა ხელმძღვანელობს ღვიძლში ჩრდილის აცილების რეაქციას.
მოლეკულური რეგულირების დამოუკიდებელი ევოლუცია?
დოლანი და მისი გუნდი ეძებდნენ დიქოტომიური განშტოებისა და მერისტემის აქტივობის დამატებით გენეტიკურ რეგულატორებს M. polymorpha-ში. გენის ექსპრესიის შაბლონების შესწავლით სრულ თეთრ შუქზე vs. ჩრდილშიმათ აღმოაჩინეს, რომ ტრანსკრიფციის ფაქტორს, სახელად MpSPL1 და ღვიძლის რნმ-სპეციფიკურ მიკრორნმ-ს (miRNA) აქვს ანტაგონისტური ეფექტი მერისტემის ფუნქციაზე: MpSPL1 აუცილებელია მერისტემების მიძინებულად გადაქცევისთვის, ხოლო ღვიძლისთვის სპეციფიკური miRNA ააქტიურებს მათ.
ეს შედეგები ნაწილობრივ ეწინააღმდეგება სინათლის რეგულირებადი გვერდითი განშტოების ცნობილ მოლეკულურ მექანიზმს Arabidopsis thaliana-ში, სისხლძარღვთა მცენარეების ყველაზე შესწავლილ მოდელში. სინამდვილეში, მიუხედავად იმისა, რომ არაბიდოპსისში სინათლის რეგულირებადი განშტოების მაკონტროლებელი გენები ასევე მიეკუთვნება SPL ოჯახს და წარმოადგენს miRNA-ს სამიზნეებს, ისინი ევოლუციურად შორს არიან იმათგან, რომლებიც ახლა იდენტიფიცირებულია ღვიძლში.
ამ შედეგებით, გუნდი ვარაუდობს, რომ განშტოების მარეგულირებელი მოლეკულური მექანიზმები შესაძლოა დამოუკიდებლად განვითარდეს ბრიოფიტებში და სისხლძარღვთა მცენარეები. ”საერთოდ, ჩვენი დასკვნები აჩვენებს, რომ ფიტოქრომით რეგულირებული miRNA და SPL გენის აქტივობის ნაწილობრივ კონსერვირებული მექანიზმი აკონტროლებს განშტოებას მიწის სრულიად განსხვავებულ ოჯახებში. მცენარეთა განშტოების ფუნდამენტურად განსხვავებული რეჟიმით“, - ამბობს GMI ჯგუფის ლიდერი ლიამ დოლანი, კვლევის შესაბამისი ავტორი.