Top.Mail.Ru

Гомеобокс у растений

Гомеобокс у растений

Процессами эмбрионального развития, например, формированием конечности из крохотной «почки», командуют так называемые гомеозисные гены, определяющие судьбу клеток. Эти гены свойственны всем многоклеточным животным и грибам. А относительно недавно группа исследователей из Центра по изучению экспрессии растительных генов при министерстве сельского хозяйства и из Калифорнийского университета в Беркли сообщила в журнале «Nature» об открытии гомеозисных генов у растений. Эта работа — еще одно доказательство универсальной роли таких генов-регуляторов, которые существуют, по-видимому, по меньшей мере миллиард лет.

В 80-е годы пришло понимание того, что некоторые весьма сложные по своему фенотипическому проявлению мутации у плодовой мушки Drosophila могут быть результатом изменений в индивидуальных генах. При этих мутациях, получивших название гомеозисных, наблюдается, например, исчезновение целых сегментов тела или появление конечностей совсем не там, где им положено быть; так, у мутантов Antennapedia в том месте, где в норме располагаются антенны, имеются дополнительные ноги. Создавалось впечатление, что от генов, затрагиваемых гомеозисными мутациями, зависит активность других генов и, через них, дифференцировка больших групп клеток в ходе эмбрионального развития.

В дальнейших исследованиях было обнаружено, что многие гомеозисные гены содержат практически одну и ту же нуклеотидную последовательность, названную гомеобоксом. Как показали позже У. Макгиннис (в настоящее время работает в Йельском университете) и другие исследователи, очень похожие гены, содержащие гомеобокс, имеются у всех изученных на этот предмет организмов, относящихся к царству животных, даже у дрожжей. Однако многочисленные попытки обнаружить гомеобокс у растений были безуспешными.

С. Хейк из Калифорнийского университета в Беркли и ее коллеги не ставили своей целью найти растительный гомеобокс, но то, что их работа привела к его открытию, в общем-то неудивительно. В центре этого исследования была мутация Knotted у кукурузы, при которой листья отличаются специфической морфологической аномалией, а именно боковые жилки имеют узелки или извилистые выступы. По словам Хейк, эти аномальные образования состоят из клеток, которые продолжают делиться, тогда как окружающие их клетки прекратили деление.

«Но узелки не похожи на опухоли. Все клетки в них располагаются упорядоченно, тонким слоем. Это похоже на оттянутую пальцем трикотажную ткань», — отмечает Хейк.

У мутантов Knotted даже те клетки боковых жилок в области узелков, которые прекратили делиться, аномальны: они обладают свойствами, в норме характерными для клеток влагалища (основания) листа; кроме того, у них лигула (маленький «язычок» эпидермальной ткани, в норме располагающийся между плоской листовой пластинкой и влагалищем) находится на самой пластинке листа.

По мнению Хейк и ее коллег, особенности мутантов Knotted обусловлены наличием клеток, которые «ведут себя» нормально, но не в «том» месте или не в «то» время. В принципе эта мутация подобна гомеозисным мутациям, наблюдающимся у плодовой мушки.

«Неправильное расположение лигулы для растения не столь драматично, как, скажем, мутация Antennapediu у Drosophila, — говорит Хейк. — Но по существу это аналогичные явления».

Через несколько лет упорной работы группе Хейк удалось идентифицировать ген, измененный у мутантов Knotted. По его нуклеотидной последовательности была установлена аминокислотная последовательность кодируемого этим геном белка. Ее сравнили с последовательностями белков — продуктов известных генов, содержащих гомеобокс, и выявилось достаточное сходство, чтобы ген Knotted можно было отнести к таким генам.

Как отмечает, оглядываясь назад, Хейк, теперь ясно, почему прежние попытки найти гомеобокс у растений потерпели неудачу. Обычно для поисков нуклеотидных последовательностей применяется метод гибридизации: для выявления генов, содержащих гомеобокс, в качестве зонда используется одноцепочечная ДНК, комплементарная известному гомеобоксу, которая должна гибридизоваться (т. е. связываться) с близкими ему нуклеотидными последовательностями. Однако дивергенция между растительными и животными ДНК столь велика, что зонды на основе животных генов не могут надежно связываться с растительными генами.

«Теперь же, когда мы располагаем нужной для зонда последовательностью растительной ДНК, выявить гены, содержащие гомеобокс, у растений будет гораздо легче», — подчеркивает Хейк.

Она и ее коллеги идентифицировали еще ряд содержащих гомеобокс генов кукурузы, а также других растений, в том числе томата и риса.

Хотя гомеобокс растений значительно отличается от аналогичной последовательности животных и грибов, имеющееся сходство тем не менее свидетельствует о том, что они произошли от одного гена, имевшеюся у одноклеточного существа, которое явилось общим предком всех организмов и существовало миллиард лет назад. Какова была исходная роль этого гена, остается только гадать. Макгиннис полагает, что у предкового организма он регулировал превращения единственной клетки в различные формы. А у многоклеточных организмов та же функция стала использоваться для образования различных типов клеток в разных частях тела.

Открытие гомеобокса у растений расширяет круг регуляторных функций гомеозисных генов.

М. Скотт из Стэнфордского университета, одним из первых взявшийся за изучение проблем, связанных с гомеобоксом, сказал: «Вообще вопрос о том, почему в каком-либо процессе участвуют такие, а не иные регуляторные молекулы, очень важен. Быть может, нечто большее, чем историческая случайность, обусловливает, какие именно белки нужны в том или ином случае».
00:00
219
RSS
Нет комментариев. Ваш будет первым!