Арабидопсис на Земле и в космосе

Резуховидка или резушка Таля, известная также как арабидопсис (лат. Arabidopsis thaliana, семейство Капустные) – однолетнее, редко двухлетнее, цветковое травянистое растение, происходящее из регионов Евразии и Африки. Сегодня его можно встретить практически на всех континентах и во всех климатических зонах, исключая зону вечной мерзлоты.

Широко распространено как сорная культура на пустошах, обочинах дорог, железнодорожных насыпях, бросовых землях, на полях, в общественных садах и других открытых территориях с сухой, рыхлой и относительно плодородной песчаной почвой. Часто является пионером в освоении скалистых, песчаных, известковых участков, а также территорий с нарушенной средой обитания. 

Впервые арабидопсис был описан в 1577 году немецким ботаником Йоханнесом Талом (1542–1583), который назвал его Pilosella siliquosa. А в 1753 году известный шведский учёный Карл Линней (1707–1778) переименовал это растение в честь Тала, после чего оно стало известно как Arabis thaliana.

Британский естествоиспытатель Чарльз Александр Джонс (1811–1874) в своей популярной книге «Flowers of the Field» упоминает об арабидопсисе как совершенно неприметной культуре, состоящей из розетки невзрачных, серовато-зелёных, иногда с пурпурным оттенком по краям зубчатых листьев и тонких, невысоких (5–30 см) ветвящихся стеблей. 

Во время цветения на них образуются мелкие, 2–4 мм в диаметре, белые, четырёхлепестковые цветы, собранные в щитковые верхушечные соцветия. В ночное время или дождливую погоду соцветия наклоняются к земле, чтобы сохранить пыльцу от влаги. Растение самоопыляемо на 99%. Возможно также и перекрестное опыление арабидопсиса одинокими пчелами, трипсами и другими мелкими насекомыми, но ввиду его ничтожных размеров почти не распространено. 

Развитие, цветение культуры и созревание плодов происходит преимущественно в апреле – мае, но, как типичный полевой сорняк, арабодопсис может расти и в другое время. Его корневая система состоит из центрального стержневого корня, достигающего в глубину до 40 см, от которого образуются более тонкие и мелкие боковые.

Корневая система вступает в симбиоз с определёнными представителями ризосферных бактерий (Bacillus megaterium). Плод арабидопсиса представляет собой стручок длиной 5–20 мм, внутри которого находятся от 20 до 30 шт. мелких (шириной около 1 мм и длиной 1–2 мм) семян цилиндрической формы. 

Арабидопсис – типичный представитиель эфемеров, его короткий жизненный цикл длится около шести – восьми недель. То есть за год растение может произвести до 8 поколений, каждое из которых образует более 1000 семян.

Самое удивительное свойство арабидопсиса состоит в том, что его геном – один из самых коротких среди цветочных растений и составляет всего 157 Мbp (млн. пар нуклеотидов ДНК), а количество пар хромосом равно пяти и содержит примерно 25 500 генов. 

Учитывая при этом возможность выращивания растения в маленьком, ограниченном пространстве, благодаря его небольшим размерам, арабидопсис представляет собой идеальный материал для исследований по изучению генетической, клеточной и молекулярной биологии цветковых растений. Его легко можно выращивать в лабораторный условиях, используя чашки Петри и ультрафиолетовое освещение. По популярности среди молекулярных биологов и ученых-генетиков арабидопсис успешно соперничает с дрозофилой фруктовой и домовой мышью, являясь их аналогом в растительном мире. 

Ботаники и биологи занялись исследованием Arabis thaliana в начале 1900-х годов, а первое систематическое описание мутирующих форм появилось в 1945 году. В 1956 году генетик Джоржд Редей представил в США это растение для генетических изысканий. Немецкий ботаник Фридрих Лайбах вместе со студентами продолжили исследования с этим растением в Европе, а ученый Джон Лангридж из Австралийского национального университета и немецкий ученый-агроном, генетик Герхард Рёбеллен также выбрали в качестве объекта для изучения в своих тезисных проектах арабидопсис. 

В 1965 году, в Гёттингене (Германия) состоялась первая международная научная конференция по результатам изучения арабидопсиса. И уже с 1980-х годов растение широко используется в исследовательских лабораториях во всем мире. Среди возможных претендентов на роль генетической модели, включавших такие культуры как кукуруза, табак и петуния, предпочтение было отдано арабидопсису Таля.

Особый успех растения в качестве генетического модельного объекта датируется 1986-м годом, когда была описана трансформация, связанная с Т-ДНК и получен первый клонированный ген Arabis thaliana. Различные опыты с арабидопсисом привели к многочисленным открытиям в приобретении знаний о механизме повышения устойчивости растений к различным заболеваниям. 

Арабидопсис стал первым растением, чей геном был полностью секвенирован, т. е. полностью определена последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК (2000 г.). Но, пожалуй, наиболее удивительный факт, связанный с этой культурой – это то, что арабидопсис оказался первым растением, выращенным в космосе, в условиях отсутствия гравитации.

В 1982 году, на борту космической орбитальной станции «Салют-7» из привезенных с Земли семян арабидопсиса удалось получить полноценное растение, которое после цветения дало новые семена в количестве 200 шт. и полностью завершило свой жизненный цикл за период, равный 40 суткам.  

Сегодня на Международных орбитальных станциях Европейского космического агентства продолжаются текущие исследования Arabis thaliana с целью изучения роста и размножения растений в условиях микрогравитации, их реакцию на световые и гравитационные факторы. Эти новые знания помогут расширить возможности и усовершенствовать технологии выращивания различных культур, в т. ч. сельскохозяйственных, с целью повышения их урожайности в условиях Земли и космоса.