Китайские учёные выяснили, как у редкого лекарственного растения Notopterygium incisum формируется необычное корневище, которое в традиционной медицине ценится за сходство с телом шелкопряда. Исследователи из Университета традиционной китайской медицины Ганьсу впервые описали генетические и метаболические процессы, отвечающие за появление характерных кольцевых сегментов.
Кольца на корневище – ризоме – появляются не постепенно, а в строго определённый период: со 126-го по 139-й день после прорастания, что соответствует ранней осени. В это время ризома неравномерно утолщается: на отдельных участках активируется камбий, образующий защитную ткань, в то время как другие зоны остаются в покое. Одновременно с этим запускается программируемая гибель клеток внешнего слоя – коры. Расширяющаяся древесина в центре ризомы сдавливает и разрушает клетки коры, из-за чего в суженных частях образуются пустоты. Сочетание локального роста и отмирания тканей придаёт корневищу его сегментированную структуру.
На молекулярном уровне растение в этот период перенаправляет ресурсы. Вместо того чтобы тратить углерод на общий метаболизм, оно активно синтезирует лигнин – полимер, который укрепляет клеточные стенки и делает кольца твёрдыми. Управляет этим процессом небольшой набор генов-регуляторов из семейств NAC, ERF и bHLH. Этот генетический модуль координирует перераспределение сахаров и синтез лигнина, фактически «дирижируя» созданием сегментированной структуры.
По мнению авторов исследования, такая сложная структура – это адаптация к условиям горной среды. Упрочнённые лигнином кольца повышают механическую прочность ризомы в почве, а пустоты в коре могут служить для термоизоляции. Кроме того, сегментированное строение позволяет растению изолированно накапливать лекарственные соединения, отделяя их от транспортных потоков воды и питательных веществ.
Открытие имеет практическое значение. Агрономы теперь знают точный период, когда формируется ценная структура, и могут оптимизировать условия выращивания и время сбора урожая. Выявленные гены-регуляторы могут стать молекулярными маркерами для селекции сортов с ярко выраженными кольцами. Это поможет снизить давление на дикие популяции растения, которые страдают от чрезмерного сбора.