Все новости

Математическое моделирование показало, как фитогормон ауксин управляет развитием растений

Биологи надеются, что подобные работы со временем позволят тонко регулировать развитие растений для нужд человека

МОСКВА, 27 февраля. /ТАСС/. Группа ученых из России, Германии и США обобщила данные о влиянии фитогормона ауксина на развитие растения, сообщает лаборатория компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики Новосибирского государственного университета (НГУ). В своей работе биологи использовали как результаты экспериментальных исследований, так и математического моделирования. Подобные работы, развивающие понимание биохимии растений, со временем позволят тонко регулировать развитие растений для нужд человека.

Виктория Миронова НГУ
Виктория Миронова
© НГУ

"В нашей работе мы рассмотрели сложный регуляторный контур действия одного из главных фитогормонов ауксина - схему того, как он на молекулярном уровне управляет активностью генов, ключевых для развития семени, отдельных органов растений (корня, стебля) и всего организма в целом", - сказал первый автор обзорной статьи, опубликованной в журнале Trends in plant Science, заведующая лабораторией компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики НГУ, а также заведующая сектором системной биологии морфогенеза растений Института Цитологии и Генетики СО РАН Виктория Миронова.

Сложность системы

В схеме работы ауксина очень много участников и различных биохимических реакций. Так, появление гормона в клетках одновременно и запускает синтез определенных белков, и активирует гены-ингибиторы, с другой стороны замедляющие синтез тех же самых белков. Поэтому для исследования ауксина используются различные математические модели.

"В нашем контуре обилие участников: множество транскрипционных факторов - белков, обеспечивающих активацию генов, их ингибиторов, различных модуляторов и, конечно, сам ауксин, - рассказала Миронова. - И поэтому его крайне трудно исследовать классическими методами генетики с выключением генов: мы ломаем какой-то определенный ген, а ничего не происходит, потому что есть множество дублирующих путей, которые не допускают сильных изменений из-за поломки только одного гена".

Математическое моделирование

Системно приступить к анализу всего этого многообразия и наконец понять, как развивается растение, позволяют только методы математического моделирования. К примеру, в одном из исследований, описанном в обзоре, сначала предсказали, что в некоторых тканях активности ауксин-чувствительных генов должны осциллировать, а потом этот эффект нашли экспериментально в кончиках корней, где каждые шесть часов периодически то уменьшается то увеличивается активность генов, связанных с формированием боковых корней.

Таким образом, математическое моделирование уже сейчас помогает заглянуть в закрытую для экспериментов пограничную область перехода от молекулярного уровня организации растения к клеточному. Авторы обзора полагают, что уже в ближайшем будут появляться, как подобные, так и еще более сложные модели, заполняющие информационные пустоты сразу на трех уровнях организации живого - между молекулярным уровнем и клеточным, между клеточным и тканевым и между тканевым и организменным.

Со временем с помощью подобных моделей можно будет разработать методы тонкой регуляции растений для, например, развития им корней и побегов в условиях неблагоприятной среды или получения плодов с нужной скоростью и питательным составом.