Ученые передают гены мака другому виду, чтобы предотвратить самоопыление.

Самоопыление или «самоопыление» могут быть вредными для растения, приводя к инбридингу и менее здоровому потомству. Этот прорыв можно было бы использовать для более быстрого и меньших затрат на выращивание более сильных и устойчивых культур; новый подход в поисках надежных и обильных запасов еды.

Команда взяла самооплодотворяющее растение тале-кресс — Arabidopsis thaliana — родственник капусты, цветной капусты и масличного рапса, и сделала его самонесовместимым за счет передачи всего двух генов от мака, которые позволяют растению-реципиенту распознавать и отвергать собственная пыльца, допускающая перекрестное опыление. Такое превращение самоопыляющегося растения в самонесовместимое было долгосрочной целью исследований самонесовместимости.Основная анатомия большинства цветов означает, что мужская пыльца вырабатывается рядом с женскими репродуктивными органами, что создает реальный риск самоопыления, вместо того, чтобы получать пыльцу от другого цветка, переносимого ветром или насекомым. Когда пыльца попадает на рыльце цветущего растения, она прорастает и образует пыльцевую трубку, которая прорастает через рыльце и другие женские ткани, а затем попадает в яичник растения, влияя на оплодотворение.

Если это касается самоопыления, это приводит к инбридингу, что может привести к сокращению генофонда и появлению нездорового потомства. Команда из Бирмингема добилась значительного прогресса за последние несколько лет в понимании механизмов, с помощью которых полевой мак, Papaver rhoeas, избегает этого.Центральную роль играют два белка самонесовместимости (SI): «рецептор» PrpS, производимый пыльцой, и сигнальный белок, называемый PrsS, который продуцируется стигмой.

Идентичность растений определяется точной версией производимых ими PrpS и PrsS. Таким образом, цветы могут распознать, что они взаимодействуют с «самим собой» посредством взаимодействия PrpS / PrsS, которое запускает несколько химических сигналов, вызывающих ингибирование пыльцы с использованием механизма, называемого «запрограммированная смерть клетки», в результате чего несовместимой пыльце говорят о ее совершении. самоубийства до того, как они прорастут и начнут расширять свою пыльцевую трубку.

И наоборот, если пыльца и стигма экспрессируют несовпадающие гены SI, «самопознание» не происходит и опыление проходит успешно.Исследовательская группа ранее перенесла ген пыльцы PrpS из полевого мака в Arabidopsis thaliana, который является самооплодотворяющимся. Когда пыльцевые зерна, экспрессирующие PrpS, подвергались действию соответствующих рекомбинантных женских белков PrsS, происходило SI-специфическое распознавание, что приводило к реакции самонесовместимости с характерными чертами, наблюдаемыми у мака.Это последнее открытие, опубликованное в журнале Science, пошло еще дальше, поместив женский ген PrsS из мака в растения Arabidopsis thaliana и показав, что этот ген экспрессируется в пестиках A. thaliana и функционирует, чтобы отвергать совпадающую "собственную" пыльцу.

Затем они продемонстрировали, что растения Arabidopsis thaliana, коэкспрессирующие как гены пыльцы, так и гены SI стигмы, демонстрируют полное отторжение собственной пыльцы. Это впервые демонстрирует, что только этих двух генов SI мака достаточно, чтобы установить устойчивую самонесовместимость у сильно дивергентных самосовместимых видов, которые находятся на расстоянии более 100 миллионов лет в эволюционной дистанции.Профессор Нони Франклин-Тонг из Школы биологических наук Бирмингемского университета и ведущий автор исследования сказал: «Это большое достижение, поскольку это была неуловимая, важная цель ученых-растениеводов на протяжении десятилетий. Меня часто спрашивали, почему мы работали над маком, который не имеет отношения к каким-либо культурным растениям, потому что предполагалось, что для этого нужно будет использовать близкородственные гены родственников сельскохозяйственных культур.

Теперь мы можем сказать, что наша настойчивость окупилась. Наши результаты вызывают вопросы о том, как развивались сигнальные сети растений, поскольку они предполагают, что, вставив эти два гена, которые действуют как замок и ключ, мы можем получить другой сигнальный путь и физиологический результат, который необходимо определить ».Это исследование представляет собой крупный прогресс в поисках использования систем самонесовместимости в качестве потенциальной альтернативы для разведения гибридных растений — растений, чья «гибридная сила» дает им лучшие урожаи и силу, чем их родители.

Профессор Крис Франклин, соавтор исследования, из Школы биологических наук Университета Бирмингема, сказал: «Это представляет собой кульминацию десятилетий исследований S-детерминант самонесовместимости в надежде, что в конечном итоге они могут быть переданы сельскохозяйственным культурам. позволяют легче разводить гибриды F1. Это исследование может предоставить естественный механизм для получения гибридных растений. Возможность включить или выключить контроль самоопыления растений может стать большим стимулом для селекционеров и упростить и удешевить производство превосходных гибридных растений и семян ».

Портал обо всем