Вегетативное размножение растений сегодня привлекает пристальное внимание ученых, ведь понимание этого процесса открывает пути к увеличению урожайности сельхозкультур и новым достижениям биоинженерии. В этом перспективном направлении особенно выделяются исследования, которые ведутся в Университете Кобе под руководством талантливого генетика Ишизаки Кимицунэ. Здесь выбрано уникальное модельное растение — печёночный мох Marchantia polymorpha, обладающий поистине выдающимися свойствами и рассматриваемый не только как объект лабораторных исследований, но и как претендент на роль «культуры будущего» даже за пределами Земли.
Вегетативное размножение: возможности для науки и сельского хозяйства
Вегетативное размножение позволяет растениям создавать потомство, идентичное по генетическим признакам материнской особи, минуя сложный процесс опыления. Этот способ хорошо знаком овощеводам: клубни картофеля и корневища имбиря — классические примеры вегетативных органов, используемых человеком. Однако до сих пор механизмы, лежащие в основе столь эффективного размножения, оставались для науки загадкой.
Ишизаки Кимицунэ, посвятивший более десяти лет изучению печёночного мха Marchantia polymorpha, уверен: именно это растение способно пролить свет на тайны вегетативных процессов. К тому же, печёночник отличается невероятной скоростью размножения — садоводы могут столкнуться с тем, что этот мох появляется вновь и вновь, несмотря на регулярные попытки его удалить.
Геммы — секрет быстрого размножения Marchantia polymorpha
Печёночный мох образует крохотные, легко отделяющиеся бутоны, называемые геммами. Эти миниатюрные структуры — особенность рода Marchantia — формируются в маленьких чашечках на поверхности листа и могут рассеиваться с помощью дождя, ветра или перемещающих их животных. Процесс происходит настолько быстро и эффективно, что печёночник может покорять большие территории за короткое время.
Помимо вегетативного, Marchantia polymorpha способна и к половому размножению, что особо актуально в периоды удлинения дня. Это создает идеальные условия для изучения переключения между двумя стратегиями продолжения рода и поиска генетических «рычагов», управляющих этими переходами.
Ген-организатор: «рюмка» и новые пути управления развитием
В процессе кропотливого анализа генетики растения команда под руководством Ишизаки выявила ключевой ген, влияющий одновременно на формирование гемм и развитие половых органов. Удивительно, но при его отсутствии Marchantia polymorpha теряет способность формировать полноценные репродуктивные структуры. Иногда у таких мутантов вместо типичных неглубоких чашечек появляются своеобразные «рюмки» — пустые контейнеры, не способные воспроизвести новые растения. Эта находка позволила дать гену символичное имя — «рюмка».
Дальнейшее изучение показало, что «рюмка» подавляет создание воздушных камер в листьях, освобождая пространство для чашечек с геммами. Параллельно с этим ген направляет важные факторы для закладки половых органов именно в те части растения, где они необходимы. Впервые стало ясно: существует ловко организованный механизм, обеспечивающий эффективное размножение и эволюционное преимущество печёночных мхов.
Общее между печёночными и цветковыми: древний генетический механизм
Настоящим прорывом стало открытие, что у покрытосеменных, несмотря на их высокую организацию, сохраняются гены, схожие с «рюмкой». По мнению исследователей, эти гены — прямые потомки очень древней генетической последовательности, от которой происходят все современные наземные растения.
Особенно интересно, что при внедрении гена Marchantia polymorpha в цветущее растение тот успешно замещал функцию собственного гена — это доказывает, сколь универсальны и древни механизмы, приводящие к развитию новых почек. Подобные эксперименты дают основания полагать: данные процессы едины для всего растительного мира, что открывает потрясающие возможности для дальнейших исследований и практических применений.
Мечты о новых горизонтах: от лаборатории к звёздам
Печёночник не просто покоряет сердца учёных. Ишизаки Кимицунэ вместе с коллегами видит в этом растении революционный потенциал. В отличие от привычных сельскохозяйственных культур, Marchantia polymorpha не нуждается в почве — её можно выращивать на влажном воздухе и использовать полностью в пищевых целях. Это разрушает современные границы растениеводства и открывает перспективы выращивания пищи в экстремальных условиях, включая космические миссии.
Но на этом амбиции команды не заканчиваются. Разработки направлены и на использование печёночного мха в качестве природной биофабрики для производства ценных химических соединений. Такие технологии обеспечат новый уровень получения веществ, ранее доступных лишь благодаря бактериям и дрожжам. Знания, накапливаемые в лаборатории Университета Кобе, вселяют уверенность: печёночник может стать ключом к биотехнологиям будущего, помогая человечеству открывать новые возможности.
Marchantia polymorpha — растение ближайшего и далёкого будущего
Опыт и страсть исследователей из Университета Кобе, вдохновленных работами Ишизаки Кимицунэ, доказывают: в мире растений ещё множество тайн, способных преобразить сельское хозяйство, науку и даже повседневную жизнь. Уникальные свойства Marchantia polymorpha, её пластичность и простота в обращении делают её идеальной моделью для генной инженерии, биопродукции и устойчивого растениеводства в самых неожиданных условиях, будь то Земля или далекие просторы космоса.
Источник: scientificrussia.ru
