Материнские малые РНК определяют судьбу гибридных семян у растений

Растениеводы, стремясь вывести устойчивые и качественные культуры, часто скрещивают растения разных видов. Однако они сталкиваются с серьёзным препятствием — гибридной семенной нежизнеспособностью. Этот репродуктивный барьер часто мешает близкородственным видам производить жизнеспособные семена.

Новое исследование, опубликованное в Nature Plants Институтом молекулярной физиологии растений Макса Планка, проливает свет на эту проблему. Учёные выявили, что ключевую роль в этом процессе играют малые РНК. Эти открытия могут открыть путь к более успешной гибридизации в будущем.

Когда гибридные семена не развиваются, причина часто кроется в эндосперме — ткани в семенах растений, которая обеспечивает питание растущему зародышу, подобно плаценте у млекопитающих. Без правильного развития эндосперма семена не выживают.

Исследование под руководством профессора Клаудии Кёлер из семейства Brassicaceae (горчица, брокколи, рапс и другие важные культуры) выявило чёткую связь между гибридной семенной нежизнеспособностью и дефицитом материнских малых РНК.

Эти крошечные молекулы передаются от материнского растения к эндосперму и контролируют активность генов в нём. Когда экспрессия генов в семени нарушается, его развитие останавливается, что в итоге приводит к гибели.

«Наши данные показывают, что дозировка материнских малых РНК может определять, будет ли расти гибридное семя, — говорит ведущий автор исследования доктор Катажина Дзясек. — Контролируя уровни этих молекул РНК, мы, возможно, сможем повысить выживаемость гибридных семян и преодолеть барьеры, которые долгое время мешали успешному скрещиванию разных видов растений».

Интересно, что этот механизм не ограничивается растениями. Схожее явление, известное как гибридный дисгенез, наблюдается у плодовых мушек. В этом случае малые РНК от матери защищают от генетических нарушений, которые могут возникнуть, если генетический материал отца слишком отличается. Таким образом, как у растений, так и у животных материнские малые РНК играют ключевую роль в определении видовой совместимости при гибридизации.

Ключевые вопросы о том, как эти малые РНК образуются и передаются от материнского растения к эндосперму, остаются открытыми и в настоящее время исследуются в лаборатории Клаудии Кёлер.

Это исследование открывает многообещающий путь для улучшения переноса полезных признаков между видами. Понимание молекулярных механизмов гибридной семенной нежизнеспособности может помочь в создании более устойчивых культур.