Ботаника: тайна коротких стеблей

Растения арабидопсис (Резуховидка Таля), достигшие всего половины своего нормального роста, имеют мутацию в биосинтезе фактора роста растений, гиббереллина – пишет портал sciencedaily.com.

Нормальная высота, до которой растения дорастают, является одним из важнейших признаков. В природе арабидопсис использует те же генетические изменение в биосинтезе фактора роста гиббереллина, чтобы сократить свой размер в два раза – так же, как в полу-карликовых сортах риса и ячменя, выведенных людьми. Демонстрируя тот же фенотип, различные виды растений, по-видимому, опираются на те же гены в своем генотипе. Следовательно, должны существовать так называемые «горячие точки», повторные мутации в которых воспроизводят те же черты, которые полезны в некоторых условиях.

Длинные стебли растений могут отлично смотреться на клумбах. Однако длинные стебли в зерновых полях представляют опасность для урожая. Высокие сорта риса или ячменя слишком легко наклоняются под нагрузкой своих тяжелых метелок или колосков. Во время зеленой революции в 1960-х годах многочисленные высокоурожайные сорта с высотой в половину нормальной были выведены для сельского хозяйства в развивающихся странах. Многие сорта риса и ячменя сорта своим низким ростом дефициту гиббереллина. Кроме линейного роста, этот фактор роста растений способствует прорастанию семян и развитию цветов. Генетические изменения в полукарликовых сортах риса и ячменя предотвратили последний шаг в биосинтезе гиббереллина. Мутировавший ген обладает загадочным именем GA20ox1.

Какие же изменения заставляют арабидопсис выключать ген GA20ox1 в дикой природе? Ученые выделили шесть различных генетических причин для полу-карликовости. Они включают мутации, которые предотвращают формирование фактора роста с правильным размером, мутации, которые заменяют особенно важные аминокислоты на бесполезные, а также мутации, которые предотвращают надлежащий сплайсинг РНК перед биосинтезом белка. Кроме того, ученые также обнаружили мутации, которые изменяют рамку считывания гена GA20ox1 путем удаления части гена, затем удлиняя последовательности гена путем вставки чужеродных ДНК, так называемых транспозонов.
Исследования также доказали, что полу-карликовость возникает независимо в каждой местности. Полу-карликовые растения арабидопсиса всегда имели различный генетический фон и на самом деле были родственниками других растений арабидопсиса на тех же участках. Это означает, что происходящие в одном месте мутации не распространяются. Данный признак также не распространяется на большие области, за исключением Нидерландов. Последовательность ДНК показывает, что несколько растений пытались снова избавиться от полу-карликовости. Однако другие растения на некоторых участках выбрали карликовый фенотип, поскольку он, очевидно, обеспечивает им преимущества. Поэтому ген GA20ox1является одной из таких «горячих точек» в геноме растений, которые многократно мутируют, если определенный фенотип выгоден - по крайней мере, при некоторых определенных условиях.