Исследователи определили, когда пыльца "становится взрослой"

Новое исследование Университета Джорджии определило, когда пыльца начинает экспрессировать собственный геном — важнейший переход в жизненном цикле растений.

Каждое зерно пыльцы — это самостоятельный многоклеточный организм (от 2 до 40 клеток в зависимости от вида). Пыльца экспрессирует собственный геном и генетически отличается от родительского растения. Это означает, что зерна пыльцы с одного цветка могут иметь разные признаки, подобно тому, как вы можете отличаться от своих братьев и сестер.

Когда зерна пыльцы конкурируют за оплодотворение яйцеклетки, выживают и передают генетическую информацию следующему поколению только те, у которых наиболее успешные признаки. Эта жесткая конкуренция служит проверкой качества генома растений, поскольку вредные мутации устраняются, когда пыльца с такими мутациями не может конкурировать.

До исследования, попавшего на обложку журнала Science 28 января, ученые не знали, когда именно пыльца начинает экспрессировать собственную генетическую информацию.

"Поскольку пыльца экспрессирует собственный геном, естественный отбор может действовать на нее напрямую. Это делает конкуренцию пыльцы важной силой, формирующей эволюцию растений", — сказал Брэд Нелмс, ведущий автор исследования и доцент кафедры биологии растений. "Если бы мы лучше знали масштабы и сроки отбора пыльцы, это помогло бы нам точнее предсказывать, как виды растений адаптируются к изменяющейся среде. Мы могли бы даже использовать отбор пыльцы для ускорения селекции сельскохозяйственных культур, например, для выбора более термостойких сортов".

"Скрытая жизнь" пыльцы

Отбор пыльцы — ключ к успешному размножению. Однако развитие пыльцы чрезвычайно уязвимо к тепловому стрессу.

Повышение температур может нанести необратимый ущерб самим растениям, а также изменить количество производимой пыльцы. Это, в сочетании с другими вызванными жарой изменениями в половом репродуктивном цикле растения, может в конечном итоге привести к снижению урожайности, что является серьезной проблемой для продовольственной безопасности.

"Например, все крахмалы, которые образуются в зернах, также образуются и в пыльце", — пояснил Нелмс. "Те же самые пути там есть. Так что мы ищем способы, как мы можем фактически проводить генетику потери функции непосредственно на пыльце".

Исследователи секвенировали РНК клеток пыльцы кукурузы в течение 26 дней, начиная с образования спор в процессе мейоза и заканчивая полностью сформированной пыльцой, отделяющейся от родительского растения.

"Многие думают о пыльце, когда видят цветок и вот-вот готовую осыпаться пыльцу, но развитие пыльцы на самом деле начинается очень рано внутри цветка", — отметил Нелмс. "У кукурузы, например, я сажаю семя в землю, и через пять или шесть недель растение вырастает мне примерно по грудь. Вы еще не увидите никаких признаков цветения, но эти организмы уже растут глубоко внутри растения. Это такой сложный скрытый процесс, который мы раньше почти не наблюдали у растений".