Ботаники СПбГУ приблизились к разрешению вопроса об исходном типе образования органов высших растений
Группа ученых из Санкт-Петербургского университета и Ботанического института имени В. Л. Комарова РАН приблизилась к разрешению вопроса об исходном типе образования органов высших растений. Специалистами было изучено строение клеток, обеспечивающих образование всех органов растений и первичных тканей побега.
Исследование проводилось на образцах двух видов плауновидных и трех папоротниковидных. Как отметила ведущий автор статьи, доцент СПбГУ кандидат биологических наук Марина Романова (кафедра ботаники), главная особенность развития растений по сравнению с животными — открытый рост, то есть способность расти и формировать новые органы в течение всей жизни. Это возможно благодаря деятельности апикальных меристем, то есть организованных популяций делящихся клеток, расположенных на верхушках побегов и корней растения.
Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда, опубликованы в «Ботаническом журнале».
«Способность к открытому росту унаследована растениями от водорослевых предков, апикальная меристема которых состоит из одной крупной тетраэдрической клетки. Такой же структурный тип апикальной меристемы побега (АМП) характерен для некоторых плауновидных и большинства папоротниковидных — представителей эволюционно древних групп растений. Это позволило предположить, что моноплексная АМП могла быть исходной для высших растений», — рассказала Марина Романова.
Слово «апикальный» происходит от латинского арех, что означает «верхушка».
По словам доцента СПбГУ, апикальная меристема побега растения играет ключевую роль в формировании побеговых систем, то есть надземной части растений. По этой причине изучение структуры АМП и ее функционирования у представителей разных групп растений позволит приблизиться к пониманию их эволюции.
Изучение образцов показало, что плауновидные различались по типу апикальной меристемы, но были сходны по способу ветвления и ритмике образования органов. При этом все папоротниковидные, наоборот, имели моноплексную апикальную меристему, но различались по способу ветвления и ритмике образования органов.
Изучение исходного типа образования органов высших растений проводилось в рамках гранта Российского научного фонда № 22-24-20049 и гранта Санкт-Петербургского научного фонда в соответствии с соглашением от 14.04.2022 № 36/2022. Исследование растений проводилось на оборудовании ресурсного центра «Развитие молекулярных и клеточных технологий» Научного парка СПбГУ и ЦКП «Клеточные и молекулярные технологии изучения растений и грибов» Ботанического института имени В. Л. Комарова РАН.
«Нам удалось выяснить, что возврат к моноплексному структурному типу у некоторых плауновидных и большинства папоротниковидных произошел независимо. Предположительно это случилось из-за утраты у них механизма формирования вторичных плазмодесм — так называемых мостиков, которые соединяют соседние клетки растений», — подчеркнула Марина Романова.
Для проведения данного исследования ученые собрали побеги плауновидных Selaginella kraussiana (селагинелла Краусса) и Huperzia selago (баранец обыкновенный) в оранжереях Ботанического сада Петра Великого, в Лужском районе (станция Новинка) и в окрестностях поселка Кузнечное Ленинградской области. Побеги папоротниковидных Pteridium aquilinum (орляк обыкновенный), Dryopteris carthusiana (щитовник картузианский) и Athyrium filix-femina (кочедыжник женский) были собраны в Курортном районе Санкт-Петербурга в окрестностях станции Комарово.
Чтобы окончательно ответить на вопрос об исходном для высших растений типе апикальной меристемы, ученым предстоит провести ряд структурных и молекулярно-генетических исследований на более широком круге несеменных растений.