Ученые из Калифорнийского университета в Дэвисе сделали прорывное открытие, которое коренным образом меняет представление о развитии и адаптации растений. Исследование, опубликованное в авторитетном журнале «Proceedings of the National Academy of Sciences», раскрывает сложный механизм, с помощью которого растения контролируют частоту мутаций в различных группах стволовых клеток. Это открытие имеет огромное значение для сельского хозяйства, особенно для селекции и размножения ключевых продовольственных культур, таких как картофель и бананы.
В центре открытия находится верхушечная меристема — скопление стволовых клеток на кончиках побегов, отвечающее за рост растения. В отличие от животных, у которых стволовые клетки сосредоточены в основном в костном мозге, у растений они организованы в многослойную структуру. Исследователи выделили клетки из каждого слоя у двух сортов картофеля — «Дезире» и «Красная Полента», — которые размножались клонированием более пятидесяти лет, что позволило детально изучить накопленные за это время мутации.
Результаты оказались поразительными. Выяснилось, что стволовые клетки, формирующие внешний защитный слой растения, или эпидермис, несут в себе в 4,5 раза больше мутаций, чем клетки внутреннего слоя, из которого образуются исключительно репродуктивные клетки — яйцеклетки и спермии. Это свидетельствует о выработанной в ходе эволюции «двойной стратегии». С одной стороны, растение обеспечивает генетическую стабильность для будущих поколений, защищая свой «репродуктивный код». С другой — высокая частота мутаций во внешних тканях позволяет быстро адаптироваться к угрозам окружающей среды, таким как атаки патогенов и вредителей.
Полученные данные несут глубокие практические последствия для вегетативно размножаемых культур, которые воспроизводятся не семенами, а частями — клубнями, усами или отростками. К этой категории относятся картофель, бананы, виноград, клубника и кассава, играющие центральную роль в глобальной продовольственной безопасности. У таких растений мутации, возникшие во всех слоях стволовых клеток, передаются последующим поколениям клонов. Понимание этого процесса открывает перед селекционерами новые возможности: они смогут целенаправленно использовать полезные мутации для улучшения качеств сорта или, наоборот, предотвращать накопление вредных изменений, снижающих урожайность и устойчивость.
С точки зрения биотехнологий, исследование также служит важным предостережением. Генетически модифицированные растения часто создаются путем трансформации одной клетки, из которой затем восстанавливается целый организм. Учитывая «химерную», то есть мозаичную, природу меристемы, существует риск, что важные признаки, закодированные в разных слоях, могут отсутствовать в полученных растениях. Это потенциально снижает эффективность и стабильность генетических модификаций. Новые знания помогут усовершенствовать методы генной инженерии и клонирования.
Таким образом, расшифровка механизма контроля над мутациями открывает путь к созданию более выносливых и урожайных сортов, способных противостоять климатическим стрессам и болезням. Стратегическое использование естественной генетической изменчивости для повышения устойчивости при одновременной защите репродуктивной линии полностью соответствует целям устойчивого сельского хозяйства и укрепления продовольственной безопасности в условиях глобальных изменений.
