Деревья гинкго билоба: почти бессмертие

Некоторые лесные гиганты, такие как гинкго билоба, могут жить более 3000 лет. В новом и наиболее полном на сегодняшний день исследовании старения растений, учёные выявили молекулярные механизмы, которые позволяют гинкго билоба (а, возможно, и другим деревьям) жить так долго.

Исследование предоставляет первые реальные генетические доказательства того, о чем ученые уже давно подозревали: «Бессмертие для растений является условием по умолчанию», – говорит  биолог из Aberystwyth University Говард Томас, который не принимал непосредственного участия в данной работе.

Исследование Гинкго билоба

Чтобы сделать это смелое утверждение, учёные начали проводить исследование сердцевины 34 здоровых деревьев гинкго билоба (Ginkgo biloba)из Анлу в китайской провинции Хубэй, и из Пичжоу в провинции Цзянсу (взятие сердцевины не повредило деревьям). Изучая кольца роста, молекулярный биолог растений в Университете Янчжоу Ли Ван обнаружил, что рост гинкго не замедлялся даже через сотни лет – фактически, их темп роста даже иногда ускорялся. Более того, размер листьев, фотосинтетическая способность и качество семян деревьев (все основные показатели здоровья) не различались с возрастом.

Чтобы выяснить, что происходило на генетическом уровне, исследователи сравнили экспрессию генов в листьях и камбии – тонком слое стволовых клеток между внутренней древесиной и внешней корой, которые дифференцируются в другие ткани в течение жизни дерева. По словам Вана, поскольку на старых деревьях всего несколько слоев камбиальных клеток, собрать достаточно материала, чтобы работать с ним, оказалось непросто. Команда секвенировала РНК деревьев, изучила выработку гормонов и проверила miRNA – молекулы, которые могут включать и выключать определенные гены у деревьев в возрасте от 3 до 667 лет.

Как и ожидалось, экспрессия генов, связанных со старением, в конечной и летальной стадией жизни предсказуемо увеличилась в умирающих листьях. Но когда исследователи изучили экспрессию тех же генов в камбии, они не обнаружили различий между молодыми и старыми деревьями. Это говорит о том, что, хотя такие органы, как листья, гибнут, сами деревья  вряд ли умрут от старости – сообщают учёные.

Изменения со временем

Однако, есть свидетельства того, что деревья со временем претерпевают некоторые изменения. У более старых деревьев были выявлены более низкие уровни гормона роста, названного индол-3-уксусной кислотой, и более высокие уровни гормона задержки роста, названного абсцизовой кислотой. Деревья от 200 лет и старше также показали снижение экспрессии генов, связанных с делением, дифференцировкой и экспансией клеток. Это означает, что камбиальные стволовые клетки у старых деревьев не разделяются на новую древесину и кору так же легко, как у молодых деревьев.

Один из авторов исследования, специалист по биологии растений из Пекинского университета лесоводства Цзиньсин Лин говорит, что, возможно, если скорость деления камбиальных клеток продолжит снижаться через тысячи лет, рост деревьев может замедлиться, и деревья гинкго могут в конечном итоге умереть от старости. Однако большинство деревьев погибают от «несчастных случаев», таких как вредители, пожары или засуха.

Изучение генов

Чтобы выяснить, становятся ли деревья более уязвимыми по отношению к таким стрессам с возрастом, исследователи изучили гены, связанные с устойчивостью к патогенам и выработкой защитных антимикробных соединений, называемых флавоноидами. Они не обнаружили различий в экспрессии генов для деревьев разного возраста, предполагая, что деревья не теряют своей способности защищаться от внешних стрессов. По словам одного из авторов статьи, молекулярного биолога Ричарда Диксона из Университета Северного Техаса, это «поразительная» способность, которая помогает гинкго билоба расти здоровыми в течение тысячелетий.

«Нет нужды беспокоиться о старении – это утверждение, которое людям трудно понять», – говорит физиолог растений Серджи Мунне-Бош из Университета Барселоны, который не принимал участия в исследовании, – «Старение не является проблемой для этого вида. Самая важная проблема, с которой растениям приходится сталкиваться, это стресс», – говорит он.

Исследователи будут продолжать изучать уровень мутаций в деревьях гинкго билоба и изучать их механизмы старения.

Источник:

Proceedings of the National Academy of Sciences, Li Wang, Jiawen Cui, Biao Jin, Jianguo Zhao, Huimin Xu, Zhaogeng Lu, Weixing Li, Xiaoxia Li, Linling Li,  View ORCID ProfileEryuan Liang, Xiaolan Rao, Shufang Wang, Chunxiang Fu, Fuliang Cao,  View ORCID ProfileRichard A. Dixon, and Jinxing Lin, 2020 doi.org/10.1073/pnas.1916548117