Команда ученых из Китая исследовала молекулярные механизмы, позволяющие деревьям гинкго достигать удивительного долголетия. Этот вид деревьев может жить более трех тысяч лет без признаков старения.
Сейчас вид гинкго двулопастной (Ginkgo biloba) — единственный представитель некогда обширной группы растений, возникшей в конце пермского периода, более 250 миллионов лет назад. В некоторых отложениях умеренного пояса Сибири мелового и юрского периодов видно, что осенью земля была покрыта сплошным слоем листьев гинкго. Ботаники предполагают, что гинкговые были родственниками ранних хвойных растений, а происходят они от древних семенных папоротников.
В современном мире гинкго двулопастной в дикой природе встречается только на двух небольших участках в заповеднике Тяньмушань, в провинции Чжэцзян на востоке Китая. Генетические исследования показывают, что эти деревья были около тысячи лет назад высажены в Чжэцзяне людьми и происходят из разных популяций. Подозревают, что это сделали буддийские монахи. В наши дни гинкго часто выращивают в ботанических садах и порой используют для декоративного озеленения городских улиц. В 2016 году был прочитан геном гинкго.
Авторы нынешнего исследования получили небольшие цилиндрические образцы древесины из стволов 34 деревьев гинкго из Анлу (провинция Хубэй) и Пичжоу (провинция Цзянсу). Получение образцов не повредило здоровью деревьев. Анализ годовых колец показал, что рост гинкго не замедлялся в течение сотен лет. Также исследователи установили, что у деревьев разного возраста не отличаются такие характеристики, как размер листьев, способность к фотосинтезу и качество семян.
Чтобы выяснить, что происходит в этих деревьях на генетическом уровне, исследователи сравнили экспрессию генов в листьях и камбии — тонком слое клеток между древесиной и корой, которые дают начало в другим тканям в течение жизни дерева. У старых деревьев гинкго слой камбия составляет всего несколько рядов клеток, так что получить образцы было нелегкой задачей. В результате команда установила последовательность молекул РНК, синтезируемых в клетках камбия, изучила выработку гормонов и проверила микроРНК — молекулы, которые могут включать и выключать определенные гены. Данные были получены от деревьев возрастом от 3 до 667 лет.
Как и ожидалось, экспрессия генов, связанных со старением, увеличилась в умирающих листьях гинкго. Но когда исследователи изучили экспрессию тех же генов в камбии, они не обнаружили различий между молодыми и старыми деревьями, то есть, хотя листья деревьев ежегодно погибают, сами гинкго вряд ли умрут от старости.
Пристальный анализ всё-таки выявил небольшие возрастные изменения у гинкго. У более старых деревьев снижается уровень гормона роста (индол-3-уксусный кислоты) и повышается уровень гормона задержки роста (абсцизовой кислоты). У деревьев старше 200 лет снижается экспрессия генов, связанных с клеточным делением и дифференцировкой, то есть их клетки камбия не будут образовывать новые кору и древесину так же легко, как у более молодых деревьев. Один из авторов исследования Цзиньсин Лин из Пекинского университета лесоводства говорит, что, возможно, если скорость деления камбиальных клеток продолжит снижаться в течение тысяч лет, рост деревьев замедлится, и они могут в конечном итоге умереть от старости. Однако для большинства гинкго куда более вероятна гибель от внешних причин — например, от вредителей или из-за засухи.
Чтобы увидеть, становятся ли деревья уязвимее к таким факторам с возрастом, исследователи изучили гены, связанные с устойчивостью к патогенам и с выработкой флавоноидов — веществ, защищающих от микробов. Они не обнаружили различий в экспрессии этих генов для деревьев разного возраста и полагают, что деревья не теряют способности защищаться от внешних стрессовых факторов. Это позволяет гинкго оставаться здоровыми даже в возрасте более тысячи лет.
Исследователи намерены в дальнейшем изучиить уровень мутаций у деревьев гинкго и другие возможные механизмы старения. Также они считают, что другие ученые могут применить их методы, чтобы исследовать процессы старения других деревьев, от недолговечных тополей до живущих тысячи лет секвой.
Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
