Увлекательные тайны размножения растений, которые учёные всё ещё раскрывают

Учёные из Нагойи (Япония), используя мощные микроскопы для изучения процесса оплодотворения, с удивлением обнаружили, что женская часть цветкового растения (семязачатки) может отталкивать спермии из пыльцы и направлять их к другим неоплодотворённым семязачаткам того же растения.

Как работает размножение у цветковых растений

Как и у животных, у цветковых растений происходит половое размножение, при котором мужские и женские клетки (гаметы) сливаются, восстанавливая нормальное число хромосом и давая начало зародышу.

Проблема "один спермий — одна яйцеклетка"

Большинство организмов производят гораздо больше спермиев, чем яйцеклеток. Множественное оплодотворение редко происходит, так как это привело бы к геномному дисбалансу и аномалиям развития. Цветковые растения решают эту задачу иначе, чем млекопитающие.

Пыльца, несущая мужские гаметы, образуется в пыльниках тычинок и переносится на рыльце пестика (женскую часть цветка) с помощью ветра, насекомых или других опылителей. Для оплодотворения пыльцевая трубка должна прорасти через столбик к яйцеклетке внутри семязачатка.

Около 50% видов цветковых растений развили механизм самонесовместимости, предотвращающий самоопыление: при распознавании "родственных" белков пыльцы и пестика рост пыльцевой трубки блокируется.

Навигация и система репеллентов

Используя микроскопию живых клеток и флуоресцентные маркеры, японские исследователи показали, что белковые сигналы направляют пыльцевую трубку к отдельному семязачатку в завязи посредством хемотаксиса — подобно навигационной системе.

Эта система также гарантирует, что каждый семязачаток соединяется только с одной пыльцевой трубкой. Исследователи обнаружили сигнал отталкивания: как только пыльцевая трубка закрепляется на конкретном семязачатке, другой сигнал предотвращает приближение дополнительных трубок к нему и перенаправляет их к другим семязачаткам.

Это точное регулирование обеспечивает успешное оплодотворение и эффективное производство семян, что важно для получения пищи.

Двойное оплодотворение и доставка спермиев

У цветковых растений спермии утратили подвижность и доставляются к цели растущей пыльцевой трубкой (со скоростью до 1 см/ч). Семязачаток выделяет аттрактанты — небольшие белки LURE, которые направляют рост трубки.

Достигнув семязачатка, трубка высвобождает два спермия, которые осуществляют двойное оплодотворение:

• Один спермий оплодотворяет яйцеклетку, которая развивается в зародыш будущего растения.
• Второй спермий оплодотворяет центральную клетку, которая образует эндосперм — ткань, питающую зародыш (аналогично плаценте у млекопитающих).

У злаков эндосперм составляет большую часть зрелого семени, которое мы используем для производства хлеба, риса, каш и других продуктов.