Белки-моторы пыльцы «обнимают» спермии для успешного двойного оплодотворения

Исследователи раскрыли давнюю загадку о том, как цветковые растения обеспечивают успешное достижение спермиями яйцеклетки для оплодотворения. Исследование опубликовано в журнале Nature Plants.

В отличие от животных, чьи сперматозоиды активно плавают, растения полагаются на деликатную транспортную систему внутри пыльцевой трубки для доставки неподвижных спермиев. Ключ лежит в структуре, называемой мужской зародышевой единицей (MGU) — крошечном клеточном пакете, который переносит оба спермия и сопровождающее их ядро по пыльцевой трубке.

Исследование под руководством команд профессоров Ян Вэйцая и Ли Хунцзю из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук идентифицировало два моторных белка, HUG1 и HUG2. Они формируют кинезиновую оболочку, окружающую микротрубочковую клетку вокруг генеративной клетки (или спермиев) и вегетативного ядра, действуя как молекулярные «руки», чтобы связать их вместе во время развития пыльцы. Без этих «обнимающих» белков спермии остаются позади, что приводит к полной стерильности растения.

«Это похоже на систему карпулинга на клеточном уровне, — сказал доктор Чан Шу, один из авторов. — Белки HUG гарантируют, что все попадут в одно транспортное средство и прибудут вместе к месту назначения».

С помощью передовой микроскопии исследователи наблюдали, что белки HUG формируют клеткоподобную структуру вокруг спермиев, закрепленную сетью микротрубочек. Эта «кинезиновая клетка» обеспечивает физическое прикрепление генеративной клетки (клетки-предшественника двух спермиев) к ядру вегетативной клетки через длинный хвост, формируя мужскую зародышевую единицу в двуклеточной пыльце.

Благодаря этой единице спермии транспортируются внутри растущей пыльцевой трубки в зародышевый мешок для двойного оплодотворения, которое производит зародыш и эндосперм в семенах.

Эти открытия не только решают 40-летнюю биологическую загадку, но и открывают новые пути для улучшения селекции сельскохозяйственных культур и производства семян. Понимание того, как работает доставка спермиев — и почему она иногда терпит неудачу — может помочь ученым повысить фертильность экономически важных растений, особенно в условиях экологического стресса, который часто нарушает эту доставку.

«Это исследование показывает, что опосредованное HUG формирование MGU — чрезвычайно сложный и изощренный процесс, имеющий фундаментальное значение для двойного оплодотворения», — сказал профессор Ли Хунцзю.