Половое размножение растений: мужские и женские клетки "общаются" так же, как клетки мозга
Исследователи из Института Гульбенкяна (IGC, Португалия) обнаружили, что пыльца (мужские гаметы растений) взаимодействует с пестиком (женской частью) с помощью механизма, характерного для нервной системы животных. Это открывает новые перспективы в изучении эволюционной консервативности межклеточной коммуникации.
Ключевое открытие
Учёные установили, что колебания концентрации ионов кальция (Ca2+) в растущей пыльцевой трубке табака и арабидопсиса регулируются каналами, аналогичными глутаматным рецепторам (GLRs). Эти каналы активируются, в частности, редкой аминокислотой D-серином (D-Ser).
Значение в биологии
- У животных D-Ser и GLRs играют центральную роль в процессах памяти и обучения, а также связаны с нейродегенеративными заболеваниями (болезнь Альцгеймера, рассеянный склероз).
- У растений они оказались вовлечены в процесс полового размножения.
Методы и результаты
Используя генетические, фармакологические и электрофизиологические методы, команда показала:
- Нарушение функции GLR в мужских гаметах приводит к частичной мужской стерильности: растение производит меньше семян, а пыльцевые трубки развиваются аномально.
- D-серин активирует GLR на кончиках пыльцевых трубок, открывая приток ионов кальция.
- D-серин продуцируется в женских половых органах, и его отсутствие там также вызывает деформацию пыльцевых трубок.
Это указывает на роль D-серина из женских органов в направленном росте пыльцевой трубки к яйцеклетке.
Решение давних загадок
Исследование также дало ответ на два давних вопроса в физиологии растений:
- Определена молекулярная природа кальциевых каналов во внешней мембране клеток растений.
- Установлена функция генов GLRs у растений.
Эволюционный вывод
Как отметил руководитель исследования Жозе Фейжо, пыльцевые трубки являются моделью для изучения апикального роста клеток — процесса, общего для дрожжей, грибов, корневых волосков и нервных клеток. Использование аналогичных генов в ростовых процессах у растений и животных подчёркивает, как эволюция многократно использует успешные механизмы.
Исследование опубликовано в журнале Science Express.
