Обнаружен ключевой генетический элемент, необходимый для размножения растений

Исследовательская группа под руководством доцента Рюширо Касахары из Университета Нагоя (Япония) идентифицировала генетическую последовательность у резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana), которая необходима для размножения растений. Поскольку эта область обнаружена у всех видов растений, ожидается, что открытие внесет вклад в будущую межвидовую гибридизацию.

Понимание процесса оплодотворения у растений важно для обеспечения продовольственной безопасности и повышения урожайности. Ключевую роль в этом процессе играют сигнальные молекулы. При размножении резуховидки мужская пыльцевая трубка привлекается и направляется к женской семяпочке сигнальными молекулами — белками LURE, которые выделяются из женских репродуктивных тканей. Предыдущие исследования выявили ген MYB98, который усиливает синтез белков LURE.

Однако идентификация участков генетического кода, активирующих экспрессию MYB98 и других генов, является сложной задачей из-за сложности генома. Геном растений содержит большое количество некодирующих областей, которые также могут включать последовательности, участвующие в активации генов. Почти вся карьера Касахары была посвящена поиску таких последовательностей — на идентификацию последовательностей, ответственных за активацию гена MYB98, у него ушло почти 18 лет.

«С момента открытия MYB98 в 2009 году были идентифицированы его нижележащие гены, такие как LURE. Однако вышележащие гены, контролирующие MYB98, не были обнаружены до тех пор, пока их не открыла наша группа», — заявил доктор Касахара. Группа назвала свое открытие «синергид-специфичным активирующим элементом MYB98» (Synergid-specific Activation Element of MYB98, SaeM). «Я был так счастлив обнаружить SaeM, поскольку это отправная точка для изучения генов, необходимых для управления MYB98».

Их усилия окупились, когда они обнаружили, что SaeM присутствует почти у всех видов растений. Группа осознала, что это означает, что их исследование может помочь в решении важной проблемы дефектов формирования семян — недоразвития или дефектного роста семян. Дефекты формирования семян часто вызваны репродуктивной изоляцией — рядом механизмов, препятствующих успешному скрещиванию между разными популяциями растений. Модифицируя SaeM, можно, возможно, предотвратить эту репродуктивную изоляцию и создать полезные гибриды путем скрещивания.

Это открытие также может повысить процент успешного оплодотворения и решить проблемы межвидовой несовместимости у некоторых сельскохозяйственных культур. Несовместимость возникает из-за сбоя в процессе оплодотворения, когда цветок опыляется пыльцой другого вида. Одна из причин несовместимости — неспособность растущей пыльцевой трубки воспринимать сигналы от семяпочки. Вновь обнаруженный элемент может быть полезен для активации и усиления экспрессии генов, ответственных за синтез этого сигнала. Это может помочь получить семена у линий, которые в противном случае были бы несовместимы.

«Это открытие, безусловно, принесет пользу индустрии производства семян, — сказал Касахара. — Оно может помочь улучшить процент оплодотворения у растений, которые относительно менее эффективны в плане привлечения пыльцевых трубок к семяпочкам. Наше исследование имеет потенциал для улучшения процесса оплодотворения и начального развития семян».

Касахара полон энтузиазма относительно потенциального применения своего исследования. «Новые открытия, подобные этому, часто открывают пути, которые еще не осознаны, — сказал он. — Наша команда очень амбициозна и открыта для практического применения этого нового открытия».

Статья опубликована в журнале Frontiers in Plant Science.