Открытие слияния клеток может повысить эффективность сельхозпроизводства

Международная исследовательская группа впервые за более чем век наблюдала слияние клеток у цветковых растений. Открытие раскрывает механизм, с помощью которого растения предотвращают привлечение избыточных пыльцевых трубок после успешного оплодотворения.

Размножение цветковых растений происходит в семяпочке (ovule) растения путем оплодотворения как яйцеклетки, так и более крупной центральной клетки двумя спермиями. Спермии доставляются в семяпочку пыльцевой трубкой и высвобождаются в одну из двух "синергидных" клеток, расположенных рядом с яйцеклеткой. Во время этого процесса синергидная клетка отмирает и дегенерирует, а спермии мигрируют к яйцеклетке и центральной клетке. После оплодотворения яйцеклетка становится зародышем, а центральная клетка — эндоспермом, который питает зародыш.

Ранее было установлено, что роль синергидных клеток заключается в привлечении или предотвращении доступа пыльцевых трубок к семяпочке. Если первоначальное оплодотворение не удается, вторая синергидная клетка привлекает новую пыльцевую трубку для повторной попытки. В случае успешного оплодотворения вторая синергидная клетка (также известная как персистирующая синергидная клетка) инактивируется, чтобы избежать попадания в семяпочку нескольких пыльцевых трубок. Это предотвращает оплодотворение одной яйцеклетки более чем одним спермием, что могло бы привести к генетическому дисбалансу. Однако механизм инактивации синергид оставался неизвестным.

Под руководством Дайсукэ Маруямы из Института трансформативных биомолекул Университета Нагои международная группа исследователей из Сингапура, Германии, Саудовской Аравии и Австрии обнаружила, что после оплодотворения персистирующая синергидная клетка сливается с эндоспермом, что и запускает её инактивацию.

По словам исследователей, слияние клеток у растений наблюдается редко из-за их относительно жестких клеточных стенок. Их исследование является лишь третьим сообщением о наблюдении слияния растительных клеток и первым с момента первоначальных сообщений в конце 1800-х годов.

С помощью методов прижизненной визуализации (live imaging) команда обнаружила, что слияние клеток, индуцированное оплодотворением центральной клетки, быстро разбавляет содержимое персистирующей синергидной клетки. Между тем, оплодотворение яйцеклетки активирует её путь передачи сигнала "этилена" (ethylene signalling), который приводит к деградации ядра персистирующей синергидной клетки. В результате персистирующая синергидная клетка полностью теряет способность привлекать пыльцевые трубки.

Доктор Маруяма отмечает, что это открытие может быть полезно, например, для повышения успешности оплодотворения растений в сельскохозяйственном производстве. Оптимизация слияния синергидных клеток с эндоспермом, по его словам, снизит вероятность случайного привлечения нескольких пыльцевых трубок после успешного оплодотворения.

Следующей задачей команды является изучение молекул, участвующих в слиянии синергидных клеток и эндосперма.