Новый ген уменьшает количество пыльцы у растений

Снижение производства мужских гамет может быть выгодным для самоопыляющихся растений. Международное исследование под руководством Цюрихского университета выявило у модельного растения Arabidopsis ген, уменьшающий количество пыльцы. Эти данные не только подтверждают эволюционную теорию, но и могут помочь оптимизировать селекцию и одомашнивание растений в сельском хозяйстве.

Анализ генома самоопыляющегося растения

Исследователи использовали модельное растение Arabidopsis thaliana, которое в основном самоопыляется и имеет сниженное количество пыльцевых зёрен по сравнению с дикими родственниками. Учёные подсчитали количество пыльцы у 144 растений с различным генетическим фондом и обнаружили вариации от 2000 до 8000 пыльцевых зёрен на цветок. Сравнение геномов этих вариантов выявило различия между растениями с высоким и низким количеством пыльцы.

Ген RDP1 контролирует производство пыльцы

Полногеномный поиск ассоциаций (GWAS) выявил ген, влияющий на количество производимой пыльцы, — REDUCED POLLEN NUMBER1 (RDP1). С помощью технологии редактирования генома CRISPR-Cas9 исследователи создали несколько мутантных вариантов гена RDP1 как у растений с высоким, так и с низким количеством пыльцы. Эксперименты по скрещиванию подтвердили существенный, хотя и небольшой, эффект гена RDP1. Сравнение с другими организмами показало, что этот ген кодирует фактор, способствующий сборке рибосом — клеточных "фабрик" по производству белка.

Меньше пыльцы — выше приспособленность

Используя статистические методы, команда изучила эволюцию гена RDP1 у модельных растений с разной продуктивностью пыльцы. Результаты показали, что признак сниженного количества пыльцы подвергался положительному отбору. Более того, отбор по количеству пыльцы оказался очень сильным по сравнению с предыдущими исследованиями более 100 других признаков, таких как устойчивость к болезням и реакции на окружающую среду.

Значение для науки и сельского хозяйства

"Полученные данные подтверждают теоретическое предсказание о том, что снижение затрат на мужские гаметы является преимуществом. Это важно не только для эволюционной биологии, но и для практики селекции и одомашнивания растений в целом", — объясняет Кентаро Шимидзу.

Многие сельскохозяйственные культуры имеют сниженное количество пыльцы из-за доместикации. Снижение затрат на производство пыльцы может увеличить урожайность. С другой стороны, слишком малое количество пыльцевых зёрен может препятствовать селекции и производству семян. Это исследование открывает путь для молекулярной селекции на оптимальное количество пыльцы.