Пеперудената лилия отглежда цветния си прашец от едната страна на цвета, а стълбчето, което събира цветен прашец, е от другата. При някои растения цветният прашец е вляво, докато при други - вдясно, създавайки две огледални форми.
Цветето няма глава и опашка, така че нищо вътре в него не отличава лявото от дясното. Пеперудените лилии използват гравитацията за това.
Дясноориентираните растения също носят блок от ДНК, който липсва на лявоориентираните. Когато един от двата гена вътре в него се счупи, тичинката, носеща прашец, и стъблото, улавящо прашец, се оказват от една и съща страна.
Ботаниците наричат стъблото, носещо прашец, тичинка, а стъблото, улавящо прашец, - стилодий.
"Растенията с цветове, разположени отдясно, поставят по-голямата част от прашеца си върху левите крила на опрашващи насекоми от противоположните им тичинки", обяснява Майкъл Ленхард (Michael Lenhard) пред Earth.com. Стилодият, разположен отляво, след това докосва насекомото на същото място.
Ленхард посочва, че тази схема ограничава самоопрашването и свързания с него инбридинг. Той и първият автор Хаожан Сюе (Haoran Xue), и двамата от Университета в Потсдам, провеждат проучването с колеги от Университета в Кейптаун и Университета Вагенинген.
Гравитацията разграничава лявото от дясното на цветята
На въпрос от Earth.com какво го е изненадало най-много, Ленхард отговаря, че това е гравитацията. "Лявото и дясното могат да бъдат дефинирани само спрямо две други оси", обяснява той. При животните и двете оси са вътре в тялото – от главата до опашката и от гърба до корема – и той каза, че екипът му е приел това за даденост.
"Така че за нас бе случайно съвпадение да открием, че органите продължават да се огъват в същата посока, когато случайно отгледахме някои цветни пъпки надолу с главата", каза Ленхард.
След това неговата група повтаря този случай нарочно, отглеждайки дисектирани (сцепени) пъпки изправени или с главата надолу. Стилодият и тичинката все още се огъват по същия начин спрямо земята.
Когато екипът обръща обърнатите надолу пъпки, дясноориентираните изглеждали като лявоориентирани. Всяка обърната пъпка изглеждала по същия начин: четири от четири били лявоориентирани и седем от седем били дясноориентирани.
Органите не се изместват, когато светлината идва от различна посока. Гравитацията е била единственият знак, който има значение.
Клетъчният растеж огъва частите на цветето
Стилодият остава прав в пъпките под 12 мм, след което започва да се огъва около два дни преди цветето да се отвори. Два процеса огъват стилодия: усукване и неравномерен растеж на клетките.
Редовете от клетки в основата на стилодия се извиват спираловидно. При дясноориентираните цветя те се вият спираловидно в едната посока, а при лявоориентираните - в другата. При същото цвете тичинката се вие спираловидно в обратната посока спрямо стилодия.
След като цветето се отвори, клетките по долната страна на стилодия са с повече от 20% по-дълги и с повече от 30% по-широки от тези на горната страна. Така неравномерният растеж е начинът, по който стилодият се огъва към или срещу гравитацията.
Изследователите от Вагенинген са изработили модел на стилодий от мъниста и пружини. Само усукването не е било достатъчно, за да го огъне.
Екипът също така отглежда пъпки на бавно въртяща се основа, така че гравитацията никога не тегли от една и съща страна за дълго време. Тези цветове се отваряли със стилодии близо до средата.
Ляво-дясна асиметрия при пеперудените лилии. Пеперудените лилии образуват цветове със стилодий (оранжево), насочен наляво, и срещуположната средна тичинка (синьо), насочена надясно, или с обърната ориентация, което води до ефективно кръстосано опрашване (сиви стрелки). Растенията с десен стилодий съдържат хемизиготен суперген с два кандидат-гена, които обръщат присъщата хиралност на двата органа (страничен изглед в центъра). Общ отговор на гравитацията (g) и при двете форми превръща тази хиралност в огледално-ориентирана посока на цветовете. Кредит: Haoran Xue et al. ,Supergene control of chiral development in mirror-image flowers. Science 393, eaeb1157(2026). DOI: 10.1126/science.aeb1157
Два гена контролират посоката
Екипът обедини ДНК от 110 лявоориентирани и 110 дясноориентирани растения Wachendorfia paniculata. След това търсят ДНК участък, който се появява в единия набор, но не и в другия.
В двете групи се оказва ДНК участък от 200 000 до 250 000 букви, приблизително съответстващ на обема на кратък роман. При растенията с дясно разположение този участък се намира на едната от двойката хромозоми. Лявоориентираните растения го нямат на нито едната.
След това екипът проверява всичките 220 растения едно по едно. Всяко растение, което расте дясно, го е имал; никое растение, което расте с ляво разположение, не го е имало.
Два работещи гена се намират в този участък. Единият произвежда къса част от РНК, която потиска други гени и се включва по този начин.
Другият произвежда ензим, който изгражда растежен хормон, наречен ауксин, и той се активира в тичинката. Екипът е измерил повече ауксин при дяснооориентираните растения.
Хромозомите се появяват по двойки, а сдвоените хромозоми обикновено разменят части от ДНК, когато растението произвежда репродуктивни клетки. Този блок никога не се разменя, така че и двата гена се предават заедно. Биолозите наричат това суперген.
И двете форми реагират на гравитацията по един и същи начин. Гените само определят в каква посока ще се извие.
Геномните последователности са публично достъпни в Националния център за биотехнологична информация.
Счупените гени създават едностранни цветя
Никой все още не е успял генетично да модифицира пеперудообразна лилия, така че групата не е успяла да изключи нито един от гените. Изследователите са търсили диви растения, където някой от гените естествено е спрял да работи.
В Западен Кейп, Южна Африка, групата открива десет популации, където и двете - и стилодият и тичинката - растат на едната страна. В седем от тези популации и двете се разклоняват надясно, а в останалите три - наляво.
Всяко растение със стилодий и тичинка вдясно носи увреден ауксинов ген и неповреден РНК ген. В пет от шестте увредени копия липсват ДНК части. В шестото една ДНК буква е променена.
Учените са променили същата буква в лабораторно растение, наречено Arabidopsis, и неговата версия на ензима е спряла да действа.
При растенията с лявата страна на листата е обратното: РНК генът липсва или е счупен, а ауксин генът е наред. Без РНК гена, тичинките не се развиват надясно. Без ауксин гена, тичинките не се развиват наляво.
Какво кара цветните полови органи да се извиват?
Все пак извиването на стилодиите и тичинката трябва да започне отнякъде, но никой не знае откъде идва. Групата е търсила вътре в клетките спиралните влакна, които карат някои мутантни растения да растат накриво. Тези влакна се извиват спираловидно в нито една от двете форми.
Най-доброто им предположение е целулозата - твърдият материал на клетъчните стени на растенията. Една нишка може сама по себе си да се извие в едната посока, а сноп от нишки може да извие околната тъкан в другата посока.
Двата гена никога не са били изключени директно, така че доказателствата са косвени. Само растенията с дясна ориентация ги носят и те се включват в очаквания орган в очаквания момент. Когато едният се счупи, цветето се превръща в едностранно - и тичинка, и стилодий са извити и двете или вляво, или вдясно.
Ориентацията на цветните полови органи повдига нови въпроси
Ленхард обяснява пред Earth.com, че няколко други растителни вида имат генетично заложена ориентация, също от семейството с пеперудените лилии.
Родът Heteranthera също има цветна ориентация, но тя не е генетично заложена и той казва:
"Ще бъде интересно да се разбере дали поне използват същия принцип на гравитацията, комбиниран със суперген, за да определят лявото и дясното."
Никой не е преброил семената в дива популация. Някои идват от кръстосване между двете форми, а други - от цветен прашец, който се е движил между два лявостранн цвята или два десностранни. Неговата група иска да измери разделянето след това.
Справка: Haoran Xue et al. ,Supergene control of chiral development in mirror-image flowers. Science 393, eaeb1157(2026). DOI: 10.1126/science.aeb1157
Източник: Mirror-image butterfly lilies use a supergene and gravity to tell left from right, Earth.com
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
dolivo
Ще спре ли смъртта на момиче китайския възход в генното редактиране
dolivo
Колко бързо става квантовото вплитане? Учени го изследват в атосекунден мащаб
Bai Tanas
Защо бамята е толкова слузеста?
БотоксПутю
В скална формация на Марс е открит органичен въглерод