Исследователям из Калифорнийского технологического института и университета Лунда в Швеции удалось выяснить, как влияют растительные гормоны (ауксины), участвующие в развитии растительных структур, на расположение органов растения. Исследования проводились с помощью современных визуальных методов анализа в сочетании с математическим моделированием.
На примере верхушечных частей побегов растения Arabidopsis thaliana, родственного горчице, исследователи показали, каким образом клетки, обладая лишь информацией о концентрации ауксина в их ближайшем окружении и часто разделенные образующимися зачатками органов или структур, взаимодействуют друг с другом, определяя расположение формирующихся листьев и цветков.
По мнению авторов исследования, шаблон построения более крупных структур растения определяется двумя механизмами: направленным транспортом ауксина по механизму обратной связи и динамической геометрией, обусловленной ростом и делением клеток.
Чтобы «увидеть» сам процесс и проследить дифференцировку клеточных линий в развивающейся меристеме, от которой зависит расположение листьев и рост репродуктивных органов, а также исследовать изменения концентрации и транспорт ауксинов, научная группа профессора биологии Эллиота Мейеровица (Elliot Meyerowitz) из Калифорнийского технологического института использовала метод мечения специфических клеток меристемы зеленым флуоресцентным белком.
По словам проф. Мейеровица, подобный механизм может действовать и у растений других видов и даже в других биологических системах, развитие которых происходит по определенному образцу.
Понимание механизма взаимодействия клеток, определяющего расположение будущих органов, — одна из задач современной биологии. Недавно профессор Пржемыслав Прузинкевич (Przemyslaw Prusinkiewicz), специализирующийся на создании компьютерных моделей и визуализации в области ботаники, и аспирант Ричард Смит (Richard Smith) из университета Калгари (Канада) вместе с коллегами из института прикладной ботаники в Берне (Швейцария) с помощью компьютерных методов разработали модель роста растений, объединяющую молекулярный механизм морфогенеза и геометрию филлотаксиса растений.
