Трансформация растений при переходе из водной среды в воздушную и "стирание" гена

Сходство между модификациями, происходящими в химических веществах и в живых организмах, становится еще более очевидным при внимательном анализе изменений, которые претерпевают растения при выходе из воды на сушу.

У многих видов растений, таких, как Ranunculus, Alisma и Sagittaria, листья имеют линейную или яйцевидно-ланцетовидную форму в зависимости от того, формируются ли они в воде или в воздухе соответственно. Все клетки растения имеют один и тот же генотип, но тем не менее, совершенно разные фенотипы в зависимости от содержания воды в среде.

Для понимания эволюции и роли, которую играет в ней внешняя среда, очень важно выяснить, могут ли структуры, возникшие при разном содержании воды в среде, стать постоянными или они лишь временные. Эксперименты, проведенные на плюще Hedera, частично ответили на этот вопрос. У плюща листья также бывают двух типов: молодые листья рассеченные, а зрелые листья, появляющиеся на стадии размножения, – цельные. Отводки, взятые с цветущей ветки плюща, продолжают давать только цельные листья. Эта форма листа сохраняется независимо от числа происходящих клеточных делений и размеров растений. Ювенильная форма листа вновь появляется лишь тогда, когда растение размножается семенами, т.е. когда его клетки претерпевают меиотическое деление.

Это позволяет считать, что прохождение через половые клетки изменяет экспрессию гена. У кукурузы и у насекомого Sciara функция одного из генов изменяется в результате прохождения через клетки зародышевой линии. Это показывает, что у Hedera изменение формы листьев было вызвано генетической модификацией, которая способна репродуцироваться только в результате прохождения через клетки зародышевого пути. Такой паттерн листа создается в результате генетического состояния, которое оставалось стабильным на протяжении многих клеточных делений или циклов размножения, но может быть стерто при возникновении новых условий, таких как половое размножение. У таких наземноводных растений, как Ranunculus, листья, находящиеся в воде, – рассеченные, находящиеся на воздухе – цельные. Цветки образуются на воздушных частях растения, и в этих цветках завязываются семена, у которых совершенно стерт паттерн цельных листьев, поскольку у молодых растений развиваются только дольчатые листья.

Клеточная память и ее стирание теперь четко установлены на молекулярном уровне. Клетки личинок дрозофилы можно бесконечно долго выращивать в культуре и при этом они не теряют способность формировать взрослые структуры: если добавить к культуре соответствующий гормон, то происходит быстрая дифференцировка с образованием таких структур. Стирание гена на уровне транскрипции недавно было подробно исследовано на гене 5S-PHK шпорцевой лягушки Xenopus.

Изменения характера структуры, зависящие от развития и от среды, давно уже смущали н ставили в тупик и генетиков, и эволюционистов. Явления запрограммированности и стирания, которые теперь хорошо изучены, позволяют гораздо лучше понять эти два процесса и их взаимозависимость в становлении эволюции.

Популярные статьи:

Современные представления о строении и формировании амилоидных фибрилл
Амилоидные отложения состоят из фибриллярных белков связанных с полисахаридами и другими компонентами. Физико-химические особенности амилоида определяют его тинкториальные свойства, выявляемые при использовании красителя Конго красного, т ...

Биологическое и социальное в историческом развитии человека
В истории науки в вопросе соотношения биологических и социальных факторов в индивидуальном развитии человека, или в его онтогенезе, встречаются самые различные точки зрения. Так, немецкий биолог Э. Геккель, много сделавший для утверждения ...

Инцистирование
Для жгутиковых, как и для других простейших, характерно образование покоящихся стадий путем инцистирования. Образование цист может иметь различное значение. Инцистирование наблюдается при наступлении неблагоприятных условий: цисты выносят ...