Бесполое размножение растений может дать новый подход для сельского хозяйства

Ученый HHMI приблизился к превращению растений, размножающихся половым путем, в бесполых репродукторов. Это открытие может иметь глубокие последствия для сельского хозяйства.

Фермеры по всему миру тратят около $36 млрд в год на покупку семян культур, особенно с ценными признаками, такими как устойчивость и сопротивляемость вредителям. Они не могут выращивать эти семена сами, потому что половое размножение стирает многие из этих тщательно отобранных признаков. Поэтому из года в год фермеры вынуждены покупать новые партии специально произведенных семян.

Эту проблему обходят некоторые растения (например, одуванчики и тополя), которые размножаются бесполым путем, по сути, клонируя себя. Жан-Филипп Виель-Кальсада, международный научный сотрудник Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI), задался вопросом, можно ли достаточно изучить генетику бесполого размножения, чтобы применить её к растениям, размножающимся половым путем. В публикации, вышедшей онлайн в Nature 7 марта 2010 года, Виель-Кальсада и его коллеги сообщают, что они приблизились к этой цели.

Суть исследования

• Ученые исследовали апомиксис — тип бесполого размножения, при котором образуются жизнеспособные семена без слияния спермия и яйцеклетки. В результате получаются семена, являющиеся клонами материнского растения.
• Модельным организмом была выбрана Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля), которая в норме не размножается апомиксисом.
• Исследователи сосредоточились на структуре Arabidopsis под названием семяпочка (ovule), которая производит женскую гамету.
• С помощью генетического скрининга они выявили ген Argonaute 9, активный в семяпочке. Белки семейства Argonaute контролируют, какие продукты генов (РНК или белки) производит клетка, расщепляя матричную РНК.
• Когда ученые инактивировали ген Argonaute 9, в большинстве семяпочек образовалось несколько аномальных гамет. Вместо половины хромосом они несли полный набор генетического материала, что указывало на то, что они не прошли мейоз.
• Это говорит о том, что Argonaute 9 в норме подавляет инициацию апомиксиса у Arabidopsis.

Дальнейшие открытия

• Ученые обнаружили, что Argonaute 9 расщепляет 2600 фрагментов РНК в семяпочке.
• Более половины этих РНК были произведены транспозонами ("прыгающими генами").
• Это указывает на то, что Argonaute 9 подавляет активность транспозонов в семяпочке. Рабочая гипотеза заключается в том, что это подавление предотвращает апомиксис.

Значение и перспективы

• Результаты предполагают, что многие или даже все растения могут иметь способность к апомиксису, но этот потенциал подавляется.
• Это открывает путь к созданию сельскохозяйственных культур, которые будут стабильно передавать ценные гибридные признаки потомству через семена-клоны, что упростит селекцию и снизит затраты фермеров.
• Хотя полностью бесполые семена у мутантов Arabidopsis пока не развиваются, открытие роли Argonaute 9 стало важным шагом. Следующая задача — выяснить, как запустить второй, завершающий этап превращения половых растений в бесполые.