Рослини постійно знаходяться на канаті: їм потрібна достатня генетична різноманітність, щоб адаптуватися до мінливих умов, зберігаючи при цьому стабільність свого потомства. Нове дослідження показує, як вони досягають цього тонкого балансу, контролюючи частоту мутацій у різних популяціях стовбурових клітин. Відкриття, опубліковане в Proceedings of the National Academy of Sciences, має величезні наслідки для поліпшення ключових культур, таких як картопля та банани.
Мутації — це паливо еволюції — зміни в ДНК, які можуть призвести до появи нових ознак, як корисних, так і шкідливих. Хоча мутації необхідні для адаптації, вони також становлять загрозу для стабільності організму. Ось тут і з’являються стовбурові клітини рослин. На відміну від людей, де стовбурові клітини зберігаються в кістковому мозку, рослини мають скупчення на кінчиках пагонів, які називаються «апікальними меристемами». Ці куполоподібні структури діють як мініатюрні фабрики, виробляючи все нові рослинні тканини – від коренів і листя до шкіри та репродуктивних клітин (яйцеклітин і сперми).
Важливо, що ці апікальні меристеми організовані в три окремі шари: L1, L2 і L3. Кожен шар виконує певну функцію. Шар L2 відповідає за формування гамет, забезпечуючи відносно стабільне успадкування генетичної інформації під час статевого розмноження. Навпаки, шар L1, який виробляє зовнішній покрив рослини (шкіру), накопичує мутації з набагато вищою частотою.
Вчені на чолі з Лукою Комаї з Каліфорнійського університету в Девісі виявили, що мутації в шарі L1 зустрічаються в 4,5 рази частіше, ніж у шарі L2, у картоплі, яка розмножувалася вегетативно, тобто використовуючи живці або бульби, а не насіння. Це говорить про свідому стратегію рослини, щоб віддати пріоритет генетичній стабільності для потомства, одночасно сприяючи більшій гнучкості та адаптивності соматичних клітин (тих клітин, які складають тіло рослини).
«Багатошарова архітектура стовбурових клітин дозволяє рослинам регулювати швидкість мутації різних клітин з надзвичайною точністю, щоб оптимізувати свій успіх і успіх своїх нащадків». — Лука Комаї, старший автор дослідження
Це відкриття має важливі наслідки для сільського господарства. Багато промислово важливих культур, таких як картопля, банани, полуниця і виноград, розмножуються вегетативно. З часом цей метод дозволяє мутаціям накопичуватися в цих рослинах, потенційно призводячи до корисних і небажаних рис.
Розуміння того, як поводяться мутації в різних шарах апікальної меристеми, може допомогти селекціонерам використовувати позитивні зміни, мінімізуючи негативні. Ці знання необхідні для підвищення стійкості до хвороб, урожайності та загальної якості цих важливих харчових культур.
Крім того, це дослідження попереджає про необхідність обережності в галузі біотехнології рослин. Генетична модифікація рослин часто включає введення нової ДНК в одну клітину, яка потім переростає в усю рослину. Оскільки ця техніка спрямована лише на один шар апікальної меристеми, корисні мутації, присутні в інших шарах, можуть бути пропущені. Комаї та його команда підкреслюють, що майбутні біотехнологічні підходи повинні враховувати цю багатошарову складність для досягнення комплексного генетичного вдосконалення.
Це дослідження показує захоплюючий приклад того, як рослини витончено балансують між стабільністю та адаптивністю на клітинному рівні. Він підкреслює складний зв’язок між мутаціями, розвитком рослин і сільськогосподарською практикою, прокладаючи шлях для більш цілеспрямованих і ефективних стратегій селекції в майбутньому.
