Все растения Земли не стали смертельно ядовитыми для вредителей из-за того, что производство токсинов крайне негативно влияет на скорость роста и размножения, заявляют генетики в статье, опубликованной в журнале PNAS.

Эпигенетические модификации ДНК не вносят никаких изменений в последовательность нуклеотидов, зато преобразуют, если можно так сказать, их внешний вид: например, к нуклеотиду цитозину прямо в ДНК можно прикрепить метильную группу, превратив его в метилцитозин. По сути, сам генетический код в этом месте не изменится, мутации как таковой не будет, но активность гена с метилированной регуляторной областью станет другой: метилирование подавляет работу гена. (Тут мы заметим, что эпигенетические способы регуляции генетической активности одним лишь метилированием ДНК не исчерпываются.)

Растения, в отличие от животных, не делают тайны из своего эпигенетического наследования. (Фото Donald M. Jones.) Эпигенетические модификации есть у многих живых организмов, но у животных, например, они обнуляются при передаче генетического материала потомкам — уже в половых клетках ДНК освобождается от модификаций. У растений же, напротив, эти модификации передаются из поколения в поколение, и в этом случае можно с полным основанием говорить об эпигенетическом наследственном коде. Но хотя про сохранность эпигенетического кода у растений известно довольно давно, учёные до сих пор выясняют, насколько влиятельны такие модификации, как много может зависеть от них в жизни растений.

Пытаясь разобраться с этим, Фрэнк Йоханнес (Frank Johannes) из Гронингенского университета (Нидерланды) и его коллеги из Национального института здравоохранения и медицинских исследований Франции (INSERM) получили несколько линий арабидопсиса (Arabidopsis): все линии были одинаковы генетически, различаясь лишь эпигенетическими маркерами, которые переходили из поколения в поколение. Именно благодаря тому, что растения были одинаковы генетически, но различались эпигенетически, удалось показать, что эпигенетический код влияет на такие важные характеристики, как время цветения и длина первичного корня.

Результаты исследования опубликованы в Science Express. 

В данном случае авторы работы наблюдали за растениями на протяжении семи поколений, однако известно, что эпигенетические маркеры у Arabidopsis могут проходить неизменными по меньшей мере через два десятка поколений. Ещё раз скажем, что учёным впервые удалось напрямую показать связь между эпигенетическим кодом и важнейшими признаками растений: наличие или отсутствие тех или иных модификаций сопоставляли как с внешним видом и поведением растений, так и с тем, какие области ДНК несли эти модификации. С одной стороны, эти сведения имеют важное практическое значение — к примеру, для тех, кто занимается селекцией новых сортов сельскохозяйственных растений. С другой — это заставляет задуматься над путями эволюции: ведь отбор может действовать не только на уровне генетических мутаций, но и на уровне эпигенетических модификаций. 

Что до животных и человека, то тут вопрос с эпигенетическим наследованием остаётся пока довольно туманным. Есть множество примеров того, что эпигенетическое наследование у животных существует (и что таким образом может передаваться, например, ожирение), но что это за механизмы и как они работают, мы пока не очень себе представляем.

Подробнее: КОМПЬЮЛЕНТА

Почти у всех живых существ есть биологические часы, регулирующие работу организма в зависимости от времени суток, и растения тут не исключение. В конце концов, для кого ещё, как не для них, важно чувствовать, день на дворе или ночь, — ведь фотосинтез напрямую зависит от солнечного света.

Резухови́дка Та́ля (лат. Arabidópsis thaliána)Однако если у животных ведущую роль в организации циркадных ритмов играет мозг, то что управляет этими ритмами у растений, не имеющих нервной системы?

Алекс Уэбб (Alex Webb) из Кембриджа (Великобритания) вместе с коллегами поставил опыт, в котором лишал растения Arabidopsis thaliana углекислого газа, и в результате исследователи пришли к выводу, что суточный ритм растениям задают те самые сахара, что синтезируются в ходе фотосинтеза. Точнее — изменения в их концентрации.

В статье, опубликованной в Nature, исследователи пишут о гене PRR7, который активизировался к утру, но зависел при этом от концентрации сахаров. Мутанты по этому гену были нечувствительны к колебаниям сахарозы; в свою очередь, без доступа углекислого газа, то есть при подавлении фотосинтеза, внутренние часы растений расстраивались и начинали опаздывать на 2–3 часа. 

То есть колебания углеводов позволяли настроить метаболизм и физиологию растений перед рассветом, чтобы они могли встретить солнце готовыми к фотосинтезу.

Получается простой и эффективный способ управления циркадными ритмами, когда растение сверяется с временем суток с помощью продуктов фотосинтеза, который сам же от времени суток и зависит.

Подготовлено по материалам Кембриджского университета. Фото на заставке принадлежит Shutterstock.

Истчоник: КОМПЬЮЛЕНТА

Растения должны точно знать время, когда цвести: чуть раньше положенного или чуть позже — и можно потерять все цветы, остаться без семян, уступить конкурентам в эволюционной гонке. Чтобы вовремя зацвести, нужно учесть множество внутренних и внешних факторов, увязать гормональный статус с продолжительностью светового дня, температурой и пр. Стоит ли удивляться, что цветение у растений контролируется целой сетью генов? 

A. thaliana, не цветущий при низкой температуре (слева) и цветущий при высокой (справа) (фото авторов работы).Исследователи довольно долго изучали эту самую сеть, но молекулярные механизмы, отвечающие, в частности, за «температурные датчики», оставались во многом неясными. Ясность тут удалось внести группе учёных из Института биологии развития Общества Макса Планка (Германия), которые сосредоточились на двух температурных генах — FLM (Flowering Locus M) и SVP (Short Vegetative Phase). А модельным объектом послужил старый добрый Arabidopsis thaliana, сиречь резуховидка Таля.

Как пишут Маркус Шмид и его коллеги в Nature, мРНК, считываемая с гена FLM, претерпевает альтернативный сплайсинг, то есть при созревании новосинтезированной мРНК из неё в зависимости от ситуации вырезаются те или иные куски, а оставшиеся монтируются друг с другом, так что в результате с одного гена можно получить разные матрицы для синтеза белка. У FLM есть два основных варианта мРНК — FLM-β и FLM-δ, и их соотношение как раз зависит от температуры: при низкой преобладает одна мРНК FLM, при высокой — другая. Молекулярная подгонка осуществляется довольно быстро: при возрастании температуры с 16 до 27 °C растению достаточно суток, чтобы сменить соотношение видов мРНК. Но регуляцию цветения разные варианты FLM выполняет в союзе с белком SVP. Когда холодно, белок FLM-β связывается с SVP, и этот белок-белковый комплекс взаимодействует с регуляторными областями в ДНК, которые отвечают за цветение. Комплекс FLM-β с SVP подавляет активность этих зон, и растение на холоде не цветёт. Если же температура повышается, то вслед за ней растёт и уровень FLM-δ, который вытесняет «холодовый» вариант из комплекса с SVP. «Тепловой» комплекс FLM-δ и SVP с регуляторами цветения в ДНК связывается плохо, и эти регуляторы активируются и запускают формирование цветков. 

То есть термодатчиком тут служит один и тот же ген, который при разных температурах даёт два разных, конкурирующих друг с другом белка, а конкретным молекулярным инструментом выступает альтернативный сплайсинг.

Очевидно, существует и какой-то механизм или особенность гена FLM, от которых зависит переключение сплайсинга с одного варианта на другой. Не секрет, что один и тот же вид растения может цвести в тех или иных широтах в разное время. И, скорее всего, это связано с вариациями в гене FLM, который переключается на разные варианты при разных пороговых температурах.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

 Ученые открыли общий механизм межклеточной коммуникации. У животных он задействован в работе мозга, а у цветковых растений — в размножении.

Резухови́дка Та́ля (лат. Arabidópsis thaliána) ВикипедияМеждународная команда исследователей выяснила, что пыльца растений, содержащая мужские половые клетки, взаимодействует с пестиком по тому же самому биохимическому пути, что и нервные клетки в мозге животных. Это не только добавляет знаний о размножении растений, но и убедительно доказывает сходство всего живого.

Что происходит в цветке

При опылении цветковых (покрытосеменных) растений пыльцевое зерно попадает на рыльце пестика и при благоприятных условиях прорастает. Из него тянется пыльцевая трубка, которая доходит до завязи пестика и служит каналом для проведения мужских половых клеток – спермиев. Достигая семяпочки (яйцеклетки) в завязи, один спермий оплодотворяет ее, а другой, сливаясь с полярными тельцами, образует эндосперм – запасающую ткань семени. Такой процесс называют двойным оплодотворением. На рост пыльцевой трубки влияют такие факторы, как концентрация ионов водорода (рН) и ионов кальция. Но суть их влияния до сих пор не была известна.

Универсальные каналы

Группа Хосе Фейджо (José Feijó), профессора Лиссабонского университета (Universidade de Lisboa), изучала данный процесс у табака и резуховидки Таля (Arabidópsis thaliána). Ученые обнаружили, что рост пыльцевой трубки у этих растений обеспечивают те же самые кальциевые каналы, что и в нейронах. Это глутаматные рецепторы – у растений их назвали глутамат-подобными рецепторами GLR (Glutamate receptors-like). Известно, что они играют ключевую роль в проведении нервного импульса, в работе синапсов и, в конечном счете, в процессах обучения и памяти. Их патологию считают причиной многих заболеваний: рассеянного склероза, болезни Альцгеймера, болезни Хантингтона и других. Совершенно неожиданным оказалось участие GLR в размножении растений. Биологи нашли и гены, ими управляющие, у резуховидки таких генов насчитали 20.

Чтобы выяснить роль рецепторов-каналов, биологи применили несколько разных методов: использовали стимулирующие и тормозящие вещества, измеряли микроэлектродами электрический ток в ткани растения и, наконец, выводили мутантов. Они выяснили, что работу рецепторов-каналов стимулирует аминокислота D-серин (D-Ser). Это редкая аминокислота, и до сих пор считали, что ее роль ограничивается только работой в нервной системе.

Средство управления

Оказалось, что D-серин действует на GLR каналы в верхушке пыльцевой трубки, вызывает усиление кальциевой проводимости и деполяризацию мембраны. Это совершенно новый сигнальный механизм для растений. Если удалить аминокислоту или иным способом заблокировать GLR каналы, пыльцевая трубка перестает расти или деформируется. Растение при этом становится стерильным, не образует семена.

Сама же аминокислота D-серин образуется в женском половом органе – в завязи пестика. Таким образом, пестик управляет ростом пыльцевой трубки и направляет мужские половые клетки прямо к цели.

Открытие интересно с нескольких сторон. Во-первых, ученые нашли молекулярную природу кальциевых каналов у растений, что оставалось загадкой в течение многих лет. Во-вторых, узнали новое о размножении растений. И, в-третьих, получили доказательство общности фундаментальных процессов у растений и животных. «Мы нашли, что в межклеточной коммуникации у животных и растений участвуют одни и те же структуры, — говорит Хосе Фейджо. — Это показывает, что эволюция повторяет найденные ей успешные механизмы снова и снова».

О том, что объединяет нас с пестиками и тычинками, ученые написали в журнале Science.

Источник: Infox.ru