4. Формирование листового зачатка. Филотаксис.

Латеральные органы растения, листья и цветы, формируются из группы клеток, образующихся в пределах АМП в определенном порядке (филлотаксис). Правильное формирование листового зачатка в АМП обеспечивает нормальное развитие и функционирование листа. Важная роль в процессе листообразования принадлежит ауксину, который синтезируется в АМП и активно перемещается между клетками. Транспорт ауксина происходит благодаря белку PIN1, образующему трансмембранные каналы. Каналы располагаются только на определенных сторонах клеток, обеспечивая полярный транспорт ауксина. В местах максимума концентрации гормона формируется листовой зачаток. Такой механизм отчасти объясняет явление филотаксиса, когда новый лист может образоваться лишь на определенном расстоянии от предыдущего (Reinhardt et al., 1999). Когда полярный транспорт нарушен (pin1, pid, mp мутанты), АМП либо не формирует никаких латеральных органов, либо листовые зачатки имеют аномалии, большие размеры, сращения (Vernoux et al., 2000) (Benjamins et al., 2001) (Przemeck et al., 1996).

Еще до того, как зачаток листа становится видимым, в нем уже формируется специфический паттерн экспрессии генов. Так, ранние стадии P-1 и P0 развития листового зачатка характеризуются исчезновением экспрессии гена STM, о котором уже шла речь выше. Принципиальное значение для подавления экспрессии STM на ранних стадиях могут иметь гены PHB и YAB3, так, в двойных мутантах phb yab3 происходит эктопическая экспрессия гена STM в зачатках листа (Siegfried et al., 2001) (Kumaran et al., 2002). Ген STM подавляет в АМП экспрессию генов AS1 и AS2. В клетках будущего листа, экспрессия STM исчезает, что приводит к появлению продуктов генов AS1 и AS2 (Byrne et al., 2002) (Ori et al., 2000) (Reinhardt et al., 1999). Предполагается, что эти два белка формируют комплекс и участвуют в ремоделлинге хроматина. При анализе фенотипических аномалий и изменению экспрессии генов в мутантах, было показано, что в клетках зачатка листа, начиная с стадии Р1, гены AS1 и AS2 подавляют экспрессию генов STM, KNAT1 и KNAT2 (Byrne et al., 2002) (Ori et al., 2000).

5. Образование и развитие амп в эмбриогенезе.

Несмотря на то, что этот процесс непрерывный, в эмбриональном развитии можно выделить несколько основных этапов, на которых происходят значительные изменения в структуре АМП: глобулярная стадия, на которой АМП закладывается, сердечковидная, на которой она начинает функционировать и следующая торпедная, на которой в общем формируется структура АМП.

Выделение клеток будущей АМП происходит на самых ранних стадиях эмбриогенеза. В 16-клеточном зародыше, клетки апикальной и базальной части уже различаются. В четырех внутренних апикальных клетках начинает экспрессироваться ген WUS. Существует большое количество мутантов, развитие которых заканчивается на стадии глобулы, без формирования семядолей и дальнейшего прорастания, то есть, в момент закладки АМП. Без АМП, дальнейшее развитие зародыша, по крайней мере, апикальной его части, невозможно (Kaplan et al., 1997). Например, двойные мутанты по AtCAP1 и AtCAP2, факторам ремоделлинга хроматина, прекращают развитие на глобулярной стадии, одиночные мутанты имеют аномалии развития АМП различной степени (Siddiqui et al., 2003). Среди мутантов, не развивающихся дальше глобулярной стадии, есть как дезорганизованные эмбрионы, в которых не осуществляется регуляция делений клеток, так и эмбрионы с нормальной анатомией. Незначительное нарушение структуры в зародышах некоторых мутантах может не препятствовать их дальнейшему его развитию. Так, в мутантах с дезорганизованной (и увеличенной) меристемой эта аномалия АМП сохраняется и после прорастания (Kaya et al., 2001) (Siddiqui et al., 2003).

После выделения в апикальной части зародыша клеток предмеристемы, необходим механизм, который бы поддерживал плюрипотентное состояние этих клеток до прорастания. Известно два типа мутаций, которые приводят к терминации эмбриональной АМП, причем эта терминация может быть как обратимой (АМП образуется после прорастания), так и необратимой:

1) Мутации по генам CUC1, CUC2, STM, которые начинают экспрессироваться при переходе от глобулярной к сердечковидной стадии, приводят к дифференцировке клеток предмеристемы, семядоли в таких мутантах срощены у основания и АМП не восстанавливается после прорастания. Показана непрямая активация экспрессии STM генами CUC1 и CUC2 через пространственно распределенный регуляторный контур (Aida et al., 1999). В экспериментах показано, что экспрессия генов CUC1 и CUC2 активируется гормоном ауксином, в мутантах, участвующих в передаче ауксинового сигнала, PIN1 и MP, пространственная экспрессия генов CUC1 и CUC2 изменяется (Aida et al., 2002). Так же показана миРНК регуляция CUC1 и CUC2 (Laufs et al., 2004).Видимо, данный механизм необходим для ограничения влияния на формирующуюся меристему ауксина, активно синтезирующегося в развивающихся семядолях, .

2. В мутантах по гену WUS формируются нормальные семядоли, но дальнейшее развитие АМП с торпедной стадии нарушено, она уменьшена, либо не развита во взрослом зародыше, но способна формироваться после прорастания. Было показано, что WUS необходим для установления экспрессии гена CLV3 в эмбрионе (Clark et al., 1995). Как описано выше, этот механизм, скорее всего, обуславливает формирование ниши стволовых клеток в эмбриогенезе и ее дальнейшее функционирование. Так, согласно описанной выше регуляторной связи с геном WUS, размеры эмбриональной АМП в мутантах по генам CLV1, CLV2, CLV3 увеличены.

Описаны мутации (amp1, xtc1, xtc2), в которых развитие меристемы нарушается из-за увеличения уровня цитокинина в мутантах. Такие растения имеют увеличенную АМП, которая преждевременно начинает формировать листовые зачатки еще будучи в семечке (Conway et al., 1997).