Подсолнечники могут образовывать семена без опыления

Исследование под руководством Syngenta Biotechnology China с партнерами из США, Франции, Великобритании, Чили, Нидерландов, Аргентины и Китая показало, что подсолнечники способны формировать жизнеспособные гаплоидные семена посредством партеногенеза в отсутствие опыления. Это открывает возможность создания масштабируемой системы удвоенных гаплоидов для подсолнечника, что может сократить время получения полностью инбредных линий с шести лет до ~10 месяцев.

В работе "Гаплоидный факультативный партеногенез в половом размножении подсолнечника", опубликованной в Nature, исследователи изучили этот процесс с помощью генетических, химических и экологических экспериментов.

Ключевые методы и результаты:

• Условия: Растения тестировали в контролируемых условиях теплицы, климатической камеры и поля.
• Воздействия: Применяли химические обработки, ручное и гормональное подавление пыльцы, варьировали интенсивность света и температуру.
• Обнаружение: Формирование гаплоидных семян впервые заметили при использовании химического ингибитора фосфолипазы на пыльцу. Последующие опыты показали, что такие семена образуются и при полном отсутствии пыльцы.
• Подтверждение: Проточная цитометрия и генетический анализ подтвердили материнское происхождение семян и отсутствие отцовской ДНК.
• Эффективность: Партеногенез происходил у нескольких линий подсолнечника, некоторые давали более 100 гаплоидных семян на цветочную головку.
• Факторы: Высокоинтенсивный свет значительно увеличивал выход гаплоидов. Пыльца кукурузы в сочетании с бором улучшала их образование у определённых генотипов.
• Прорастание: В почве успешно прорастало 40% таких семян.
• Особенность эмбрионов: Многие гаплоидные эмбрионы имели неправильную форму или несколько осей. Каждое семя содержало один эмбрион, но некоторые после прорастания формировали несколько побегов.
• Восстановление: Методами тканевой культуры из атипичных форм получали здоровые проростки. Удвоение хромосом давало фертильные растения, способные давать семена (до 188 семян у отдельных особей).

Важное отличие: В отличие от большинства цветковых растений, эмбрионы подсолнечника выживали и прорастали, используя питательные резервы в семядолях, минуя обычное требование развития эндосперма.

Значение: Открытие партеногенеза у подсолнечника выявляет ранее неизвестный репродуктивный путь у важной сельскохозяйственной культуры. Показано, что гаплоидные семена могут развиваться без оплодотворения и превращаться в полностью фертильные растения, что предлагает более быстрый путь создания инбредных линий. Результаты закладывают основу для масштабируемой системы селекции на основе удвоенных гаплоидов, способной ускорить улучшение сортов подсолнечника.