Raznovrsnost oblika živih organizama je ogromna. Ali kako pojedinačne ćelije zajedno koordiniraju formiranje organa i tkiva u složenim organizmima je još uvek otvoreno pitanje.
Istraživači sa Instituta Maks Plank za istraživanje oplemenjivanja biljaka u Kelnu, Nemačka, otkrili su genetski mehanizam koji menja pravac rasta biljnih ćelija tokom razvoja lista i tako određuje oblik lista.
Miltos Tsiantis i njegova grupa sa Instituta Maks Plank za istraživanje oplemenjivanja biljaka žele da otkriju kako se razvijaju biološki oblici i osnovu za njihovu raznolikost. Istraživači koriste thale kres (Arabidopsis thaliana), jer se genom i razvoj ove male baštenske korove intenzivno proučavaju dugi niz godina.
Upoređujući ga sa svojim bliskim srodnikom, dlakavom gorčinom (Cardamine hirsuta), koja ima listove formirane od pojedinačnih listića, a ne od jednostavnih listova u obliku kašike Arabidopsis, istraživači žele da otkriju kako se razvijaju različiti oblici listova.
Nalazi su objavljeni u Zborniku radova Nacionalne akademije nauka.
Rast listova kontroliše hormon auksin: listovi, listići ili cvetovi se razvijaju u oblastima sa visokom koncentracijom auksina. Gde se akumulira hormon određuje aktivnost proteina PIN1, koji prenosi auksin iz ćelija. PIN1 transporteri nisu ravnomerno raspoređeni po površini ćelije, ali mogu biti koncentrisani na gornjoj ili donjoj strani, na primer. Ova asimetrija je odlučujuća za to gde auksin deluje.
Raspodela PIN1 takođe može da se promeni da bi se stvorio obrazac rasta on/off, na primer u rasporedu listova duž stabljike. Ova sposobnost PIN1 i auksina da organizuju rast biljaka poznata je već neko vreme.
„Međutim, znamo vrlo malo o tome kako se kontrolišu različite distribucije transportera PIN1 i kako se u ćelijama pokreću različiti obrasci rasta, koji na kraju određuju oblik lista“, objašnjava Tsiantis.
Istraživači su koristili najsavremenije mikroskope da bi vizuelizovali pojedinačne ćelije u biljkama i kreirali slike razvoja listova sa vremenskim odmakom koji im omogućavaju da mere rast svake ćelije na površini lista. Koristeći fluorescentne proteine za označavanje proizvoda gena za koje su zainteresovani, oni takođe mogu da posmatraju koji su geni aktivni, kada i gde u ćelijama.
Radeći zajedno sa Adamom Runionsom sa Univerziteta u Kalgariju, istraživači zatim koriste ove biološke podatke za generisanje kompjuterskih modela koji im omogućavaju da simuliraju genetske interakcije koje na kraju kontrolišu obrasce rasta u listovima.
Tokom istraživanja njihove dve modelne biljke, tim je otkrio genetski prekidač koji uključuje gen nazvan CUC1. Kada je aktiviran, ovaj prekidač može uticati na to gde će se u ćeliji akumulirati transporter PIN1, a zatim i auksin hormona rasta.
CUC1 nije aktivan u jednostavnim listovima Arabidopsis. Međutim, kod dlakave gorčice, CUC1 dovodi do stvaranja letaka. „Otkrili smo da ovaj prekidač zavisan od CUC1 navodi rast ćelija da se odvija po specifičnom obrascu, koji kod dlakave gorčice omogućava da se razvije njen složeni oblik lista“, objašnjavaju istraživači Ziliang Hu i David Vilson-Sanchez, vodeći autori studije. . „Kada aktiviramo CUC1 u Arabidopsis thaliana, on takođe formira složenije listove.“
Njihovi eksperimenti ne samo da pomažu da se objasne različiti listovi dve proučavane biljne vrste, oni takođe pokazuju kako genetski prekidač može da utiče na polaritet i rast pojedinačnih ćelija na koordinisan način, i na taj način dovede do formiranja složenih oblika.
„Sa ovim radom sada imamo mnogo jasniju sliku o osnovnim mehanizmima koji funkcionišu u ćelijama za stvaranje oblika biljaka i njihove raznolikosti“, kaže Tsiantis.
