Почему форма листьев и плодов зависит от внутренних тканей? Объясняют учёные
Стебель растения растёт не снаружи, а изнутри. Это не метафора, а вывод группы британских биологов из John Innes Centre, опубликованный в журнале Current Biology (DOI: 10.1016/j.cub.2026.06.038). Исследователи выяснили, что генетическая программа, определяющая толщину стебля, а значит, и форму плодов у тыкв, томатов или риса, запускается в глубоких слоях тканей — а не в поверхностных, как считалось больше ста лет.
Миф о главенствующей роли кожицы
Долгое время ботаники исходили из предположения, что внешние слои органа — эпидермис и прилегающие ткани — выполняют роль «корсета». Якобы именно они либо сдерживают давление изнутри, либо, наоборот, уступают ему, определяя итоговую геометрию стебля, листа или плода. Эта идея казалась логичной: что-то вроде надувного шара, форма которого зависит от оболочки. Но эксперимент на модельном растении арабидопсис (резуховидка Таля) показал: главный «дирижёр» формы находится гораздо глубже.
Как смотреть вглубь стебля с помощью генетики
Чтобы увидеть невидимое, учёные применили комбинацию методов. Во-первых, с помощью генного редактирования они «выключили» набор генов, отвечающих за ориентацию клеточных делений. Во-вторых, они использовали генетическую метку, которая подсвечивала отдельные клетки и всё их потомство (такой кластер называют клоном), причём только в глубине тканей. Наблюдая за формой этих светящихся «нитей» внутри стебля, можно было в реальном времени отследить, куда именно направлено деление клеток.
В норме клетки в районе, который называется рёберным меристемой, делятся строго под прямым углом к оси роста стебля. В результате внутренняя часть стебля напоминает пучок параллельных верёвок, где каждая «верёвка» — это ряд клеток, выстроенных в одну линию.
Когда пучок превращается в плеть
У мутантных растений, у которых часть клеточных делений сбилась с правильной ориентации, стебель стал заметно толще. Длина стебля не изменилась — изменилась ширина. Эти «неправильные» деления добавили в пучок дополнительные верёвки, что и вызвало утолщение. «Результаты оказались неожиданными в двух отношениях, — комментирует профессор Роберт Сабловски, руководитель группы в John Innes Centre. — Во-первых, гены работают в глубоких слоях, а не в поверхностных. Во-вторых, ориентация деления обычно считается следствием изменения направления роста клетки, а не его причиной. Наше исследование показывает обратное».
Гены, которые мы изучали, бросают вызов общепринятому мнению, что рост органов растений контролируется внешними тканями, такими как эпидермис.
От стебля — к тыкве и рису
Практический интерес к этому открытию огромен. Те же самые гены, которые определяют толщину стебля арабидопсиса, как выяснилось, участвуют в формообразовании плодов и семян у культурных растений. Именно они, в частности, отвечают за то, будет ли дыня круглой или вытянутой, а рисовое зерно — широким или тонким.
По сути, учёные нашли ключевой молекулярный переключатель, который человек непреднамеренно менял тысячелетиями в ходе селекции. Теперь, понимая этот механизм, можно целенаправленно управлять формой плодов: выводить сорта тыквы, удобные для переработки, или рис с оптимальной формой зерна для помола. Следующий большой вопрос, который ставят перед собой исследователи, — как именно изменение ориентации клеточного деления приводит к перестройке механических свойств ткани и, в конечном счёте, к изменению направления роста.
Если форма стебля определяется не «кожурой», а внутренним «скелетом», не стоит ли нам пересмотреть и подходы к селекции — может, стоит искать нужные признаки не в генах внешнего слоя, а в тех, что работают в сердцевине побега?
