Учёные перенесли гены мака в другой вид растений, чтобы предотвратить самоопыление

Учёные из Бирмингемского университета (Великобритания) создали растение, которое отвергает собственную пыльцу или пыльцу близких родственников. Исследование опубликовано в журнале Science 5 ноября 2015 года.

Самоопыление может быть вредным для растения, приводя к инбридингу и менее здоровому потомству. Это достижение может быть использовано для более быстрого и дешёвого выведения более сильных и устойчивых сельскохозяйственных культур — новый подход в поиске надёжного и обильного продовольственного снабжения.

Команда взяла самофертильное растение резуховидку Таля (Arabidopsis thaliana) — родственницу капусты, цветной капусты и рапса — и сделала её самонесовместимой, перенеся всего два гена из мака. Эти гены позволяют растению-реципиенту распознавать и отвергать собственную пыльцу, при этом разрешая перекрёстное опыление. Такое превращение самоопыляющегося растения в самонесовместимое было долгосрочной целью исследований в этой области.

Как работает механизм

Центральную роль играют два белка самонесовместимости (SI):

• Рецептор PrpS, производимый пыльцой.
• Сигнальный белок PrsS, производимый рыльцем пестика.

Растения имеют свою «идентичность», определяемую конкретной версией белков PrpS и PrsS, которые они производят. Таким образом, цветок может распознать взаимодействие с «собой» через взаимодействие PrpS/PrsS. Это запускает химические сигналы, вызывающие ингибирование пыльцы по механизму «запрограммированной клеточной смерти». В результате несовместимая пыльца «совершает самоубийство» до прорастания и начала роста пыльцевой трубки. Если же пыльца и рыльце экспрессируют несовпадающие гены SI, распознавания «своего» не происходит, и опыление успешно.

Эксперимент и результат

Ранее команда уже переносила ген PrpS из полевого мака (Papaver rhoeas) в Arabidopsis thaliana. При воздействии на такую пыльцу соответствующими рекомбинантными белками PrsS происходила специфичная для SI реакция.

В новом исследовании учёные пошли дальше:

1. Перенесли женский ген PrsS из мака в растения Arabidopsis thaliana.
2. Показали, что этот ген экспрессируется в пестиках A. thaliana и функционирует, отвергая соответствующую «собственную» пыльцу.
3. Продемонстрировали, что растения Arabidopsis thaliana, совместно экспрессирующие оба гена SI (пыльцевой и рыльцевый), полностью отвергают собственную пыльцу.

Это впервые показывает, что всего этих двух генов мака достаточно для установления надёжной самонесовместимости у эволюционно далёкого (более 100 миллионов лет) самосовместимого вида.

Значение работы

• Профессор Нони Франклин-Тонг: «Это важное достижение, которое десятилетиями было неуловимой целью ботаников... Наши результаты открывают вопросы об эволюции сигнальных сетей растений. Это предполагает, что, вставив эти два гена, которые действуют как замок и ключ, мы можем задать другой сигнальный путь и физиологический результат».
• Профессор Крис Франклин: «Это исследование может предоставить естественный механизм для производства гибридных растений. Возможность включать или выключать контроль самоопыления у растения может стать большим подспорьем для селекционеров и позволит легче и дешевле производить улучшенные гибридные растения и семена».