«Цветы удивительны, — рассуждает Мадлен Бартлетт (Madelaine Bartlett), профессор биологии в UMass Amherst и старший автор статьи, недавно опубликованной в PNAS. — Все они построены из одних и тех же составных частей, и всё же у нас есть такое невероятное разнообразие, от кукурузных метёлок до орхидей. Мы хотим знать, как одни и те же несколько частей в конечном итоге создают такие совершенно разные формы».
Давно известно, что процесс запрограммированной клеточной гибели частично отвечает за морфологическое разнообразие цветов. Программируемая клеточная гибель — это генетический механизм, который намеренно уничтожает некоторые клетки. Именно благодаря ему у людей нет перепонок между пальцами, он же работает и в плодолистиках цветов или в репродуктивных структурах сердцевины цветка. Огромное разнообразие цветов определяется тем, какие части цветка во время его роста подавляются. В частности давно известен один ген, GRASSY TILLERS1 (GT1), влияющий на подавление роста плодолистика у кукурузы. Это не единственный ген, регулирующий данный процесс, однако до сих пор о других генах, которые взаимодействуют с GT1 и подавляют рост тех или иных частей цветка, известно очень мало.
Сосредоточив внимание на цветах кукурузы — представьте кукурузный початок или метёлку на верхушке растения кукурузы, — команда, возглавляемая Гарри Кляйном (Harry Klein), который завершил это исследование в рамках докторской диссертации по биологии растений, разработала инновационный эксперимент с целью подробнее изучить действие GT1, а также идентифицировать другие гены, регулирующие подавление плодолистика во взаимодействии с ним.
По словам Бартлетт, поиск специфических генов, управляющих любой индивидуальной чертой, подобен поиску иголки в стоге сена, и поэтому Кляйн провёл серию геномных анализов сложного генома кукурузы, сравнивая геномы растений с различным развитием плодолистиков.
Как известно, мужские цветки кукурузы собраны в так называемые метёлки, женские — в початки. При этом пучки длинных шелковистых нитей («волосы кукурузы») в норме характерны только для женских соцветий. На обычных мужских соцветиях их нет. А вот в растениях с мутантным GT1 рост плодолистиков не подавлялся — и в результате на мужских соцветиях-метёлках тоже вырастали «волосы». Авторы исследования назвали этот мутантный фенотип — «Рапунцель».
В результате сравнения генотипов обычных и мутантных растений удалось обнаружить, что ещё один ген, RAMOSA3 (RA3), также играет жизненно важную роль в запрограммированной гибели клеток плодолистика кукурузы. Это удивило Кляйна и его коллег, потому что ранее считалось, что RA3 играет роль только в том, как растения ветвятся. Но оказалось, что RA3 — плейотропный, что означает, что он влияет более чем на один признак.
Открытие команды не только рассказывает нам больше об эволюции жизни на Земле, но и имеет значение для прикладной науки о селекции растений.
