Органогенез
Каждый этап в развитии растений связан с образованием новых органов. Процесс формирования органов растений называют органогенез.
Возникновению новых органов предшествуют физиолого-биохимические процессы, вызывающие образование новых структур в соответствии с общей программой развития организма, закодированной в геноме каждого организма.
Доказательством того, что органогенез осуществляется под генетическим контролем, являются результаты экспериментов с водорослью Acetobularia, проведенные Геммерлингом.
Acetobularia – одноклеточная морская водоросль, размеры клетки которой 5-10 см. Эта одноклеточная водоросль имеет достаточно четкую форму: шляпка, стебелек, ризоид. Разные виды различаются по форме шляпки. Ядро расположено в ризоидальной части клетки:
Шляпка состоит из мешковидных вместилищ – цист, служащих для размножения.
Эксперименты Геммерлинга:
удаляют шляпку. Она вскоре регенерирует, воспроизводя точно такую же форму шляпки;
удалить шляпку и ризоид и вместо удаленного ризоида пересадить кусочек ризоида с ядром другого вида Acetobularia;
шляпка регенерируется, но она будет иметь вид шляпки того вида водоросли, от которой был взят ризоид с ядром.
Результаты этих экспериментов дают основание считать, что в ядре образуются специфические РНК, которые поступают в стебелек и управляют морфогенезом шляпки через синтез белков. Если ингибировать синтез белков или их транскрипцию, то регенерация вообще не происходит.
У многоклеточных растений механизм регуляции морфогенеза не отличается от аналогичных процессов у Acetobularia, но, однако, запуск генетических программ зависит от сигналов, поступающих из других клеток. Этим сигналом являются гормоны.
Подтверждение того, что именно гормоны являются переключателями общей программы развития, получено в культуре тканей (экспериментальный метод выращивания тканей вне организма).
Этот метод показал действие гормональных факторов на процессы морфогенеза. Было выявлено, что добавление только ауксина вызывает рост клеток растяжением. Смесь ауксин + цитокинин, следовательно, деление клеток с образованием каллусной ткани (клетки не дифференцируются).
Изменение концентрационного соотношения ИУК и ЦК (высокая концентрация ИУК + низкая концентрация ЦК) – в каллусной ткани индуцируется образование корней. Если повысить концентрацию ЦК, то корнеобразование подавляется, а в каллусной ткани происходит закладка и рост стеблевых почек. Высокая концентрация ИУК и ЦК – рост каллуса вообще прекращается. Один ЦК видимого влияния вообще не оказывал. Т.е. высокая концентрация ИУК в сочетании с низкой концентрацией ЦК – запуск программы корнеобразования. Высокое содержание ЦК в присутствии ИУК – активизируются гены, ответственные за программу побегообразования.
Таким образом, последовательность реализации программы развития конкретного растительного организма строго детерминирована в геноме растения. Но сроки наступления того или иного этапа, продолжительность этапа могут варьировать в зависимости от условий внешней среды.