Наконец-то раскрыт секрет формирования яйцеклеток у растений
Учёные из Калифорнийского университета в Дэвисе решили давнюю загадку фундаментального процесса в биологии растений. Они обнаружили, что гормон ауксин отвечает за производство яйцеклеток.
Ключевые открытия и их значение
- Ауксин как морфоген: Это первое прямое доказательство того, что растительный гормон действует как морфоген — вещество, которое направляет схему развития клеток в зависимости от своей концентрации.
- Механизм формирования: Растение запускает синтез ауксина на одном конце женской репродуктивной единицы — зародышевого мешка, создавая градиент концентрации. Восемь ядер в мешке подвергаются воздействию разных уровней ауксина, но только ядро в правильной позиции градиента становится яйцеклеткой.
- Эволюционный прорыв: Результаты дают новое понимание эволюционного пути, который цветковые растения (покрытосеменные) начали 135 миллионов лет назад, отделившись от голосеменных (хвойные, саговники, гинкго). Открытие поддерживает модульную теорию, согласно которой резкое уменьшение женской репродуктивной единицы позволило цветковым растениям размножаться эффективнее.
- Практический потенциал: Используя это открытие, учёные смогли создать дополнительные яйцеклетки в репродуктивных структурах растений, что открывает перспективы для улучшения размножения и плодовитости сельскохозяйственных культур.
Как работает процесс
В отличие от животных, репродуктивные клетки у цветковых растений формируются не с рождения, а при достижении половой зрелости. Внутри цветка:
- В семяпочке «материнская клетка» делится, образуя зародышевый мешок с восемью ядрами.
- Устанавливается градиент ауксина с самой высокой концентрацией у открытого конца семяпочки (куда попадает пыльца) и самой низкой — на противоположном конце.
- Этот градиент определяет судьбу ядер. Эксперименты на растении Arabidopsis показали, что, манипулируя уровнем или чувствительностью к ауксину, можно предсказать появление или исчезновение яйцеклеток в разных позициях мешка.
- Градиент поддерживается за счёт синтеза ауксина на месте, а не транспорта извне.
Эволюционная пластичность
Самое удивительное открытие — ядра в зародышевом мешке сохранили пластичность даже спустя более 100 миллионов лет после эволюционного расхождения. «Все эти ядра всё ещё обладают способностью становиться яйцеклетками», — отметил профессор Венкатесан Сундаресан, руководитель исследования.
Исследование, решающее «большой вопрос» последних 50 лет о запрограммированном развитии зародышевого мешка, будет опубликовано 4 июня на сайте Science Express.
Источник: Калифорнийский университет в Дэвисе