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:

  1. Нарушение функции GLR в мужских гаметах приводит к частичной мужской стерильности: растение производит меньше семян, а пыльцевые трубки развиваются аномально.
  2. D-серин активирует GLR на кончиках пыльцевых трубок, открывая приток ионов кальция.
  3. 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:

  1. Определена молекулярная природа кальциевых каналов во внешней мембране клеток растений.
  2. 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.