Ученые нашли способ запускать размножение растений без оплодотворения
Новые семена растений образуются, когда женские половые клетки растений оплодотворяются и сигнал от сперматозоидов активирует деление клеток. Но ученые Цюрихского университета (Швейцария) нашли способ активировать эту функцию без оплодотворения. Об открытии сообщается на сайте университета.
Новая методика особенно актуальна для сельскохозяйственных культур. Фактически, семена — это 80% получаемых нами калорий: мы потребляем или их (в виде круп), или продукты их переработки (например, хлеб), или мясо животных, которые ими питались.
За тысячелетия, в течение которых люди возделывают землю, выведены бесчисленные сорта растений с полезными свойствами, такими как повышенная урожайность, улучшение качества, устойчивость к вредителям и воздействиям окружающей среды. Но их приходится воссоздавать каждый год, потому что при размножении растений обычным способом эти преимущества размываются и в итоге сходят на нет.
«Если бы можно было воспроизводить культурные растения посредством бесполого размножения, называемого апомиксисом, это было бы равносильно сельскохозяйственной революции. Если избежать оплодотворения женских половых клеток мужскими сперматозоидами, образуются семена, генетически идентичные материнскому растению. Сорта растений с желаемыми характеристиками можно было бы размножать гораздо проще — в виде клонов семян», — говорится в сообщении.
Было известно, что оплодотворение клеток растения проходит в два этапа. Во-первых, сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, из которой формируется эмбрион и, в конечном итоге, следующее поколение — это подобно оплодотворению у животных. Но при этом мужская клетка должна запустить процессы в центральной клетке, которая также находится внутри зародышевого мешка растения и должна развиться в питательную ткань для будущего семени.
Сперматозоид и яйцеклетка синхронизированы и находятся в одной и той же фазе клеточного цикла. Но центральная клетка после оплодотворения должна еще завершить синтез ДНК — и лишь после этого начнется деление.
Эту паузу до завершения синтеза ДНК, как сейчас выяснили ученые, обеспечивает белок, который находится в центральной клетке. Он не до конца расщеплен, и сперматозоид активирует завершающую стадию этого процесса, когда в момент оплодотворения вводит белок циклин.
«Мы впервые расшифровали молекулярный механизм того, как сигнал доставляется от сперматозоида к женской половой клетке, чтобы вывести из ее спящего состояния. Это сигнализирует, что оплодотворение прошло успешно и теперь можно начинать деление клеток», — говорит ведущий автор исследования Сара Симонини.
Уже удалось создать генетически модифицированный арабидопсис — стандартное модельное растение, используемое в ходе исследований. Они сделали так, что центральные клетки сами вырабатывали белок циклин, благодаря чему процесс запускался и зародышевые клетки начинали делиться даже без оплодотворения.
«Теперь мы можем искусственно активировать эту функцию. Это открывает новые возможности для внедрения апомиксиса в сельскохозяйственные культуры. Особенно актуально это для гибридных сортов, которые более устойчивы и дают более высокую урожайность, чем обычные», — говорит директор Института растений и микробиологии при Цюрихском университете Ули Гроссниклаус.
