Точное опыление: как это делают цветы

Новое исследование биологов из Университета Брауна раскрыло, как растения оптимизируют распределение пыльцы для успешного размножения, обеспечивая промышленную точность доставки сперматозоидов к женским гаметам.

В процессе опыления сотни пыльцевых зёрен, несущих сперматозоиды, прилипают к рыльцу и быстро отращивают трубку по длинному столбику (стилю) к скоплениям семяпочек, содержащих две женские половые клетки. Для успеха растения в каждую семяпочку должны попасть ровно два фертильных сперматозоида — не больше и не меньше.

В журнале Current Biology учёные сообщают, что цветы выработали элегантную систему защиты, гарантирующую, что к каждой семяпочке придёт минимально необходимое количество пыльцевых трубок.

Суть открытия: успешное слияние сперматозоида и женской гаметы немедленно прекращает сигналы, привлекающие пыльцевые трубки к семяпочке. Ранее считалось, что для этого достаточно просто проникновения трубки, но теперь показано, что ключевым является процесс слияния гамет.

"Пока слияние не произошло, нет гарантии успешного формирования семени", — отметил старший автор работы Марк Джонсон.

Разгадка с помощью мутантов

Исследование проводилось на модельном растении Arabidopsis. Ключевым инструментом стал мутант пыльцы hap2, чьи сперматозоиды не могут сливаться с женскими гаметами. Учёные также использовали методики флуоресцентной метки, позволяющие наблюдать за взаимодействием трубок и семяпочек.

Результаты экспериментов:

• При использовании только здоровой пыльцы лишь около 1% семяпочек привлекли несколько трубок (явление "политуби").
• Когда в смеси была одна четвёртая "бракованных" сперматозоидов, частота политуби возросла в десять раз. Одна семяпочка привлекла четыре трубки.
• Эксперименты с мечеными мутантными и нормальными сперматозоидами подтвердили: семяпочки, к которым первой пришла трубка с дефектным сперматозоидом, могут привлекать дополнительные трубки; но как только привлекается трубка с нормальным сперматозоидом, последующие блокируются.

Исследование также показало, что одна из двух клеток, ответственных за привлечение пыльцевых трубок, сохраняется в семяпочке до момента слияния гамет.

Это открытие может найти применение в сельском хозяйстве — для улучшения оплодотворения в неблагоприятных условиях или в коммерческой селекции кукурузы. Природная система гарантирует, что практически каждая семяпочка получит ровно нужное количество здоровых сперматозоидов, делая цветы чрезвычайно эффективными в размножении.