Érdekességek a nagyvilágból

A virágszirmok alakulása

A tavaszi kert a termesztett rózsáktól a hegyoldali vadvirágokig tele van virágzó növényekkel.

A virágos növényfajok különbözősége mellett egy növényen belül is a formák és méretek változatosságát figyelhetjük meg. A növény szervei — így a levelek és virágszirmok is — eltérő alakúak és funkciójúak, ráadásul a környezethez történő állandó alkalmazkodás során folyamatos evolúciós nyomás nehezedik rájuk. A tudósok mégis úgy gondolják, hogy az egyedi formák és méretek mögött azonos szabályozási rendszer húzódik meg.

Fanni
Fanni
Deszki csíkos
Deszki Csíkos
Érdi vajsárga
Érdi vajsárga

A folyamat jobb megértéséhez Coen (Norwich-i John Innes Centre) és Bangham (Kelet-Angliai Egyetem) munkatársaikkal a lúdfű (Arabidopsis) sziromleveleinek fejlődését tanulmányozta és eredményeiket egybevetették ugyanezen növényfaj levelével kapcsolatos korábbi saját vizsgálataikkal. A PLOS Biology-ban publikált elemzésük alapján a formai változatosság értelmezésére egy modellt dolgoztak ki és bizonyították, hogy a JAGGED-nek (JAG) nevezett gén irányítja a lúdfű szirmainak alakulását és egyúttal meghatározza annak nagyságát is.

A lúdfű a káposztafélékkel és a mustárral rokonságban álló — genetikailag jól követhető viszonylag kis genommal rendelkező — gyorsan növő gyomnövény, amely a növénykutatásban azt a szerepet tölti be, mint más területeken a laboratóriumi egér és a gyümölcsmuslica. Coen-ék vizsgálataihoz a lúdfű jól megfelelt, mert a levelek és a szirmok alakja nagyban eltér egymástól: míg a levél hosszú, ovális alakú és hegyénél elkeskenyedik, addig a virágszirom rövid és végénél kiszélesedik.

A növényi szervek növekedését részben a sejtről sejtre meghatározott irányban tovaterjedő auxin nevű hormon irányítja. Ezt a mozgási irányt - vagy más néven polaritást - a sejtmembránba beépült PIN-nek elnevezett auxin exportáló fehérjék elhelyezkedése határozza meg.

Deformált levél

A kutatócsoport korábbi, a növényi levéllel végzet vizsgálataiból kiderült, hogy a levél alakját a polaritási mezők alakulása határozza meg, amelynek megfelelően az auxin a levél csúcsa felé továbbítódik, és ami egyúttal felelős az egyedi sejtnövekedési mintázat kialakulásáért is. Ahol például a levél csúcsa felé történő sejtnövekedés párhuzamos a levél csúcsa felé irányuló polaritási mezővel, ott a növekedés lelassul, létrehozva ezzel a levél hegyének jellemzően keskeny alakját.

A lúdfű virágszirmának rövidebb, kerekded alakjának vizsgálatához Coen és munkatársai kísérletes vizsgálatokat és komputermodellezési eljárást is alkalmaztak. Először megmérték és elemezték a növény növekedési mintázatának alakulását. Aztán az ismert komputer modellezési eljárásokat elemezték annak alapján, hogy melyik képes legjobban előre jelezni, meghatározni az általuk megfigyelt növekedési mintázatot és sziromformát.

Az első szimulációs vizsgálatban a kutatók a levélfejlődéséhez hasonló polaritási mintázatot modellezték. Ez konvergens (összetartó) modell, mert a polaritási mező a levél csúcsa felé összetart. Ez azonban nem tudott olyan virtuális szirmokat modellezni, amely megfelelt volna a megfigyelt sziromfejlődésnek. Ezért a kutatók egy divergens (széttartó) modellt is kerestek, ahol a polaritási mezők kifelé irányultak. Ez a modellezési eljárás már jobban megfelelt a kísérletek során kapott eredmények szimulálására.

A modell további megítéléséhez a kutatók olyan jelző anyagokat, un. markereket kerestek a fejlődő szirmokban, amely alátámasztja a divergens modell hipotézisét. Egy auxinra érzékeny marker, a DR5 fehérje kulcsszerepet játszik az auxin mozgásában. A konvergens modellben több DR5 várható a szirom csúcsánál, ahol az auxin összegyűlik, kumulálódik. A divergens modellben azonban több DR5 várható a szirom nagyobb részén szétterülve. Coen munkacsoportja azt találta, hogy a fejlődés korai időszakában a marker a szirom hegyénél jelent meg, ugyanúgy, mint a levél fejlődésénél, de 1-3 nap elteltével a marker fehérje szélesebb területen elterjedve volt jelen a szirom hámsejtjeiben, alátámasztva a szöveti polaritás divergens modelljét.

Egy másik auxin marker, a PIN1 elhelyezkedése szintén egybevágott a divergencia modellel. Azt találták, hogy jelenléte a szirom epidermális (hámeredetű) sejtjeiben jelzőértékű volt az auxin továbbítási irányainak meghatározásakor, nem csupán a levélcsúcsi irányultságnál.

A kutatók egy olyan gént is kerestek, amely a lúdfű sziromfejlődésének összehangolását végzi, és amely az ő modellezési kísérletükben a szirmok szélén a legaktívabb és a sejtek polaritási mezőre merőleges növekedését serkenti. A szirmok keskeny és egyenetlen alakja egy JAGGED génre (JAG) mutáns növényben irányította a kutatók figyelmét a JAG gén tanulmányozása felé. Elemzésük bizonyította, hogy a JAG szerepet játszik a sziromszél irányi növekedésben és a polaritási mező kiszélesítésében. Ugyancsak kimutatták, hogy a JAG egy másik, a PETAL LOSS (PTL) gén szabályozásával is részt vesz a szirom kialakításában. A PTL segíti a szirom fejlődését és rendszerint a fejlődő szirom szélénél található, de mégsem a legtávolabbi hegyi részen. A kutatók úgy vélik, hogy a végeken a JAG gén veszi át a szerepét és elnyomja a PTL gén kifejeződését.

Simie

A kutatók bizonyították, hogy a levélben és a virágsziromban ugyanaz a rendszer irányítja a fejlődési folyamatokat és okozza a változatos formák kialakulását. Míg az állatokban a szöveti fejlődés hajtóereje az osztódó sejtek vándorlási képessége, a sejtfal jelenléte miatt a növényi sejtekben ez nem lehetséges. A szerzők ugyancsak bizonyították, hogy a szöveti polaritás egyszerű megváltozása és ennek következtében a sejtnövekedés mintázatának és arányának megváltozása a levelek és szirmok gazdag változatosságát képes létrehozni.

Hermia - 20150619_093423
Hermia 2015. 06. 19.
Hermia
Hermia 2015. 09. 08.

 

A polaritási mezők mintázata határozza meg a szirmok és levelek növekedését. A képen látható a zölddel jelzett konvergens levélfejlődési mintázat és a szirmok fehérrel jelzett divergens fejlődési mintázatának összehasonlítása.

 

Sauret-Güeto S, Schiessl K, Bangham A, Sablowski R, Coen E (2013) JAGGED Controls Arabidopsis Petal Growth and Shape by Interacting with a Divergent Polarity Field. PLOS Biology | www.plosbiology.org 1 April 2013 | Volume 11 | Issue 4 | e1001548 és Liz Savage Freelance Science Writer, San Francisco, California, United States of America

A fordítást fenti közlemények alapján készítette Varga Zsuzsanna.

Még néhány érdekes fotó a témával kapcsolatban:

Barci (2)
Barcelona
Barcelona BJ
Barcelona
europa1
Europa
Europa
Europa
henci (3)
Harriet Newding
Henriette (1)
Harriet Newding
Taurus