Исследование раскрывает ключевые молекулярные механизмы развития томата

В статье, опубликованной в журнале Development, исследователи из Колледжа сельского хозяйства Луиса де Кейроса Университета Сан-Паулу (ESALQ-USP) описали механизмы, связанные с развитием томата (Solanum lycopersicum), и указали на пути создания новых технологий для повышения урожайности.

Многие процессы в растениях, связанные с развитием плода, происходят в цветочном меристеме — области, богатой стволовыми клетками. Цветки томата имеют мужской орган (андроцей, состоящий в основном из пыльника и пыльцы) и женский орган (гинецей) с завязями, содержащими семязачатки. Оплодотворенные семязачатки созревают в семена, покрытые плодом. Плод технически представляет собой созревшую завязь.

Исследователи показали, что даже в идеальных условиях опыления и оплодотворения развитие плода томата возможно только при правильном взаимодействии путей, опосредованных микроРНК (небольшие молекулы РНК, регулирующие экспрессию генов), и гормона гиббереллина для запуска начального развития завязи.

Ранее та же группа продемонстрировала роль микроРНК miR156 в регуляции размера и формы цветочного меристема томата. Были описаны два генетических пути: один участвует в первоначальном формировании завязи как плода, другой — в образовании семян внутри плода.

В новом исследовании ученые впервые показали, что генетические пути, регулируемые miR156, сильно взаимодействуют с гиббереллином при формировании завязи в цветочном меристеме.

Для детального анализа они изучили транскриптом томата и модифицировали его для получения разного количества фитогормона и микроРНК. Были созданы трансгенные растения с повышенной активностью miR156, которые затем скрестили с мутантными растениями, сильно реагирующими на гиббереллин. При объединении этих изменений в одном растении завязь не могла сформировать плод.

Наблюдения показали, что когда эти два пути нарушены и не могут взаимодействовать, цветочный меристем, который должен дать начало завязи и плоду, развивает аморфные структуры без семенных камер (локул) для развития семян. Это описывает начальный контроль формирования завязи в цветочных меристемах томата — ключевой этап для последующего образования плода.

Даже при идеальных условиях опыления и оплодотворения плод не сформируется, если начальное развитие завязи происходит некорректно из-за нарушения взаимодействия путей гиббереллина и микроРНК.

Экономическая значимость

Хотя в научной литературе уже много информации о генетике и физиологии завязей растений, это первое описание взаимодействия микроРНК и гиббереллина у такой экономически важной культуры, как томат.

Эти знания дают генетическую и физиологическую основу для управления и увеличения количества семян в плоде с целью повышения урожайности и даже модуляции размера плода. Семена являются одними из самых ценных компонентов как столовых, так и промышленных томатов.

Исследователи теперь хотят выяснить, взаимодействуют ли другие пути микроРНК и гормонов и влияют ли они на развитие растений, например, увеличивая количество и размер плодов.