У томатов нашли "привратника" для опыления

Томаты используют схожие биохимические механизмы для отторжения как собственной пыльцы (с одного цветка), так и пыльцы от родственных видов растений. Это защищает от инбридинга и межвидовой гибридизации. Об этом сообщают учёные из Калифорнийского университета в Дэвисе.

Исследователи идентифицировали у томата ген пыльцы, кодирующий белок, очень похожий на белок, который, как считается, предотвращает самоопыление у петуний. Было показано, что этот ген томата также играет роль в блокировке межвидового оплодотворения. Это говорит о том, что схожие биохимические механизмы лежат в основе отторжения как собственной пыльцы растения, так и чужеродной пыльцы другого вида.

Роджер Шетела, директор Центра генетических ресурсов томата им. Чарльза М. Рика, и Вентао Ли, постдок из Департамента растениеводства, сообщают о своих находках в выпуске журнала Science от 24 декабря.

Значение открытия

Открытие, вероятно, найдёт применение в селекции растений, особенно для индустрии томатов Калифорнии с оборотом $1,5 млрд, а также для лучшего фундаментального понимания биологии опыления.

"Цветковые растения имеют несколько типов репродуктивных барьеров, чтобы предотвратить случайную гибридизацию между видами в природе. Мы определили один элемент этой головоломки — ген, который помогает контролировать, будет ли пыльца томата распознана и отвергнута цветками родственных диких видов", — сказал Шетела.

Зачем это нужно

В середине XIX века натуралист Чарльз Дарвин наблюдал, что многие цветковые растения отвергают пыльцу со своих собственных цветков, а также пыльцу от чужеродных видов растений — первое из-за слишком большого сходства, второе — из-за слишком большой разницы. При этом они допускают оплодотворение между двумя растениями одного вида.

У растений, как и у животных, скрещивание между близкородственными особями считается вредным, так как приводит к проявлению вредных мутаций. Межвидовая гибридизация также может быть пагубной, поскольку часто приводит к появлению гибридного потомства, не способного к размножению.

Механизм "привратника"

Учёные изучили молекулярные механизмы, заставляющие растения отвергать собственную пыльцу. В семействе паслёновых (Solanaceae), к которому относятся томаты, предотвращение самоопыления контролируется "S-локусом". Это генетическая область, ответственная за выработку различных белков в пыльце цветка и в его пестике.

В то время как этот механизм предотвращения самоопыления относительно хорошо изучен, механизм, предотвращающий скрещивание с растениями других видов, изучен гораздо меньше.

Исследование UC Davis

Чтобы изучить эти процессы у томата, исследователи нацелились на хромосомные области, содержащие гены, контролирующие оплодотворение и способные вызвать отторжение цветком пыльцы других видов.

Они идентифицировали экспрессируемый в пыльце ген "Cullin1", который генетически взаимодействует с геном вблизи S-локуса, чтобы блокировать межвидовое опыление.

Оказалось, что мутантная (неактивная) форма белка Cullin1 присутствует у культурного томата, а также у родственных диких видов с красными и оранжевыми плодами, все из которых способны к самоопылению. Однако у видов с зелёными плодами, большинство из которых блокируют самоопыление, белок Cullin1 является функциональным.

Вывод

Результаты показывают, что белок Cullin1 является частью биохимического "привратника": активная форма этого белка необходима для того, чтобы пыльца могла оплодотворить растения другого вида, если этот вид способен отвергать собственную пыльцу.

Хотя эти выводы сделаны на основе исследования гибридов томатов, учёные полагают, что они будут актуальны и для других представителей семейства паслёновых, к которым также относятся картофель, перец чили и баклажаны.