Kukurūzų ląstelės tampa lytiškai deguonies trūkumu • Vera Bashmakova • Mokslinės naujienos apie "Elementus" • Molekulinė biologija, botanika

Kukurūzų ląstelės tampa lytiniu organų trūkumu

Pav. 1. Kukurūzų laukas. Vaizdas iš "Virginia Walbot Lab" svetainės

"Gamta ar ugdyti?" – "Gamta ar auklėjimas?". Kas gyvenime lemia paveldimumas ir kokia yra aplinkos įtaka? Ką iš pradžių nustatėme ir ką galite pasistengti pakeisti? Ir jei kažkas yra genetiškai apibrėžtas ir kažkas pasikeičia aplinkoje, tada kaip atskirti vieną nuo kito? Šis klausimas gali būti labai plačiai suformuluotas: kiek jo genofondas daro įtaką civilizacijos plėtrai ir kiek aplinkai? Ir jūs galite labai siaurai: kiek skiriamosios ląstelių likimą lemia jo kilmė ir kurioje aplinkoje jis yra? Ir jei mažai tikėtina, kad visiško atsakymo į pirmąjį klausimą kada nors būtų gauta, atsakymas į vieną konkretų antrojo klausimo atvejį buvo paskelbtas naujausioje publikacijoje. Mokslas. Amerikos mokslininkai sugebėjo įrodyti, kad kukurūzų vyriškos lyties ląstelių vystymąsi nulemia ne tik paveldimumas, bet ir išskirtinė aplinka.

Gyvūnams ir augalams gemalinės ląstelės vystosi skirtingais būdais. Gyvūnų organizme labai ankstyvoje embrionų vystymosi stadijoje atsiranda atskira ląstelių linija, iš kurios ląstelės vėliau subrenduoja gametas.Jei ši linija dėl kokios nors priežasties sunaikinama, kūnas amžinai lieka bevaisis. Kita vertus, augalai gali sau leisti pragyvenimui gaminti gemalines ląsteles, jei reikia, jau pilnametystėje.

Kodėl tada augalų ląstelės tampa lytiniu keliu – ar jie kilę iš tam tikrų specialių, "prieš sekso", pirmtakų, ar jie buvo priversti tai padaryti aplinkoje? Norėdami sužinoti apie tai, Stanfordo universiteto laboratorijos vadovas Virginia Walbot ir jos studentas Timothy Kelliher atliko išsamų tyrimą apie žiedadulkių auginimą kukurūzų dulkėse.

Pradžioje mokslininkai pastebėjo, kaip paprastai vystosi kukurūzų plunksnos ir kur iš jų paimamos gemalinės ląstelės. Verta paminėti darbo autorių heroizmą: jie beveik visus tyrimus atliko "rankiniu būdu", ištyrę plunksnus skirtingais ugdymo etapais naudojant konfokalinį mikroskopą. Visą tyrimo laiką buvo apsvarstyta keletas tūkstančių preparatų.

Kaip rezultatas, pasirodė toks. Jauniausiuose trumpesniuose dulkiniuose randama ląstelių grupių, kilusių iš meristemo, švietimo audinio, kuris atlieka tokį patį vaidmenį augale kaip gyvūnų kamieninės ląstelės.Šios ląstelės vėliau gali būti diferencijuotos į archesporia (tas ląsteles, kurios sukelia žiedadulkes) arba į pagalbines somatines ląsteles. Kiekvienas anteris susideda iš keturių lervų, o arčesporalinės ląstelės vystosi centre, o pagalbinės ląstelės jas apjuosia iš visų pusių (2 pav.).

Pav. 2 Diagrama apie deguonies įtaką ląstelių diferencijavimui kukurūzų dulkėse. Kukurūzų dubenyse ("Tassel") yra beždžionės dulkės (Anther), kurių kiekviena susideda iš keturių skilčių ir skerspjūvio formos drugelio formos. Nediferencijuotose ančių ląstelėse yra MSCA1 baltymas, kuris veikia aktyviau, mažesnis yra aplink deguonį (didelis MSCA1 aktyvumas hipoksine aplinka). Jei MSCA1 yra aktyvus, tai sukelia ankstyvosios anterijos ląsteles diferencijuoti į archesporial germino ląsteles. Kita vertus, archesporus išskiria MAC1 baltymą (MAC1 sekreciją), dėl kurio aplinkines ląsteles galima atskirti į pagalbines (Parietal supergentines ląsteles). Paveikslėlis iš Clinton Whipple straipsnio tema "Augalų gemalo linijos gamtos ar auginimo apibrėžimas"? į Mokslas

Kodėl kai kurios meristemo ląstelės sukelia archeporiją, o kitos sukelia pagalbines ląsteles? Nuo ko tai priklauso? Iš paveldėjimo (archeporija ir pagalbinės ląstelės vystosi iš skirtingų rūšių meristemų ląstelių) arba iš aplinkos (meristemų ląstelėsyra identiški, o besivystančios ląstelės ateitis priklauso tik nuo jo pozicijos: jei ji yra viduryje, tai taps seksualine, jei ant periferijos – pagalbinė)? O jei tai yra aplinkoje, kokiu veiksniu ši aplinka lemia ląstelių likimą?

Norėdami atsakyti į šį klausimą, mokslininkai išsamiau išnagrinėjo genus, kurie yra reikalingi norint tinkamai vystyti narą. Vienas iš šių genų msca1, buvo ypač svarbus. Šio geno koduojamas MSCA1 baltymas katalizuoja kai kurias redokso reakcijas ir todėl labai jautriai reaguoja į pokyčius ląstelės redokso balanse (arba redukcijos balanse, nuo Anglų kalba Redoksas raudonauction-velniasidation) ir įtraukiant deguonies lygį. Tai atvedė mokslininkus į idėją, kad tai yra redox balansas, kuris lemia, ar ląstelė taps seksualine ar išliks somatiška. (Kai kuriuose ankstesniuose tyrimuose buvo parodyta, ar svarbu redukcinį balansą diferencijuoti įvairių augalų ląstelių tipus).

Kukurūzų sūriuose, ant kurių susidaro dėmeliai, nokinimo metu yra įvynioti "jaunuolių" "kokonu", kuris dar ne taip fotosintezuojasi lapus taip stipriai, kad beveik nėra šviežio oro; šis kokonas atsiskleidžia iki to laiko, kai dantys buvo prinokę.Taigi brendimo metu dulkės patiria hipoksiją, o mažiausiai oro kiekis patenka į centrinę lopinių dalių dalį, kurioje susidaro gemalinės ląstelės. Tai reiškia, kad, atsižvelgiant į mokslininkų prielaidą, gimdos ląstelių diferencijavimas pasireiškia taip. Dulkės yra "užkimštos" atmosferoje (su mažu deguonies kiekiu), mažiausiai deguonies patenka į centrines ląsteles. MSCA1 baltymas, išreikštas dumblių ląstelėmis, veikia aktyviau, tuo mažiau jame yra deguonies; jei jis pakankamai aktyvus, ląstelė tampa archeporiu. Be to, diferencijuojant, archesporia išsiskiria specialiu baltymu MAC1, dėl kurio aplinkines ląsteles tampa pagalbiniai (2 pav.).

Išliko praktiškai patikrinti šią prielaidą.

Iš pradžių mokslininkai buvo įsitikinę, kad deguonies lygis aplink nokintus dulkes buvo tikrai mažas (jis buvo tik 1,2-1,4%, o aplinkiniame ore deguonis buvo apie 21%). Ir tik po kelių dienų, kai lapai pasidarė šiek tiek, deguonies lygis jau padidėjo iki 5%.

Dabar reikėjo įrodyti, kad hipoksija daro įtaką dulkių vystymuisi.Mokslininkai tai paprasčiausiai ir grakščiai: jie nukreipė deguonį ar azotą į lapų "kokoną" (3 pav.) Ir pažvelgė, kaip tai paveiktų archeporių vystymąsi.

Pav. 3 Deguonies lygis viduje lapo "kokonas" aplink pūslelį su adatos formos zondu (A) ir ten siurbiamas žarna (B) Vaizdas iš papildomų medžiagų į aptariamą straipsnį Virdžinija Walbot ir Timothy Kelikher Hypoxia Triggers meiotikaus likimo įsigijimas kukurūzuose Mokslas

Kaip tikėjosi mokslininkai, didėjant deguonies kiekiui, aršporijų skaičius smarkiai sumažėja, o kai jis nuleistas (kai dulkės yra azoto atmosferoje), priešingai, jis žymiai padidėja (4 pav.). Tuo ir kitu atveju archeporija gali vystytis ectopically – tai yra ne ten, kur ji turėtų būti: "oksiduojančią" atmosferoje didelio deguonies jie "nuslysta" į centrą ir pasirodo net kraujagyslių vietoje (kraujagyslių sistema, esanti pačioje paukščio viduryje). ); "redukuojančioje" azoto atmosferoje jie, priešingai, "išplauna" aplink periferiją ir vystosi, pvz., atokiausių epidermio ląstelių vietoje. Visa tai puikiai patvirtina pirminę teoriją, kad deguonies lygis lemia dumblo ląstelių diferencijavimo likimą.

Pav. 4 "Oksidacinėje" deguonies atmosferoje (deguonimi, viršutinė eilutė) archeporinės ląstelės yra daug mažesnės nei "redukuojančio" azoto atmosferoje (azoto, apatinė linija). Skaičiai viršuje Pieno ilgis mikrometruose (kuo ilgesnis yra duslintuvas, tuo vyresnis jis). Alyvos taškai atkreipkite dėmesį į archesporial ląsteles, balti trikampiai – periklininis (lygiagrečių archeporinių ląstelių paviršių) padalijimas, būdingas pagalbinėms ląstelėms. Vaizdas iš aptariamo straipsnio, kurį paskelbė Virdžinija Walbot ir Timothy Kellycher. "Hypoxia Triggers", "Meiotikos palikimas ateityje kukurūzuose" Mokslas

Tačiau kyla kitas klausimas: kaip dažnai tyrinėtas mechanizmas? Iš tiesų, drėgnas dulkes "slėpti" lapų kokone jokiu būdu ne visuose augaluose. Jei kiti augalai taip pat naudoja nedidelį deguonies kiekį, norint diferencijuoti miglotas ląsteles, jiems teks dirbtinai sutvarkyti hipoksiją šiems dulkėms. Kaip jie tai daro (ir viską daro)? Tikimės, kad tolesniuose tyrimuose bus atsakyta į šį klausimą.

Šaltiniai:
1) Timothy Kelliher, Virginia Walbot. Hipoksija sukelia miotikų susidarymą kukurūzuose // Mokslas. V. 337. P. 345-348.
2) Clinton Whipple. Augalų gemalo linijos pobūdžio ar auginimo apibrėžimas? / / Mokslas. V. 337. P. 301-302.

Vera Bashmakova


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: