Взаимодействие ядра и цитоплазмы у бессемянных цибридных цитрусовых

Мужская стерильность важна для селекции бессемянных цитрусовых. Длительный ювенильный период и нуцеллярная полиэмбриония приводят к низкой эффективности гибридной селекции цитрусовых. Исследовательская группа из Национальной ключевой лаборатории инноваций и использования зародышевой плазмы садовых культур в Университете Хуачжун Агрикэче (HZAU) успешно регенерировала бессемянные цибриды цитрусовых, включая G1+HBP и G1+STY, с помощью соматической гибридизации. Метод переносит митохондрии мандарина Сацума (G1), цитоплазматически мужского стерильного (ЦМС) сорта, в семенные помело (HBP, STY), что сокращает цикл селекции как минимум на 20 лет.

Митохондриальный геном цибрида G1+HBP происходит от ЦМС-родителя "Guoqing No. 1" (G1), а ядерный и хлоропластный геномы — от фертильного мезофильного родителя помело Hirado Buntan (HBP). Дерево G1+HBP напоминает HBP, как и внешний вид и вкус плодов, но демонстрирует типичную мужскую стерильность с дегенерацией лепестков и тычинок и абортивностью пыльцы, что приводит к бессемянным плодам.

Исследование, опубликованное в Horticulture Research, озаглавлено "Пространственно-временные профили активности генов в тычинке описывают взаимодействие ядра и цитоплазмы у мужски-стерильного соматического цибрида цитрусовых".

В работе с помощью лазерной микродиссекции собрали тычиночные органы и типы клеток на пяти важных стадиях. Профили пространственно-временной экспрессии генов в тычинке построили с помощью RNA-Seq.

Основные результаты:

• Выявлены дифференциально экспрессируемые гены (DEGs), связанные с развитием тычинки в её примордиях, мейоцитах и микроспорах у G1+HBP.
• Среди генов ABCE-модели развития цветка кандидатом, участвующим в развитии тычинки, выбран ген класса B CgAP3.2 — новый идентифицированный гомолог AP3 у цитрусовых.
• В примордиях тычинок G1+HBP нарушен метаболизм жасмоновой кислоты (JA) и ауксина (IAA). Паттерн экспрессии DEGs, связанных с путем метаболизма JA, фотосинтезом и циклом трикарбоновых кислот (TCA), был согласован.
• Экзогенные митохондрии могут напрямую нарушать метаболизм IAA и косвенно влиять на метаболизм JA через аномальный фотосинтез в хлоропластах, что вместе меняет экспрессию генов развития примордиев тычинки.
• В мейоцитах G1+HBP нарушены дыхание и митохондриальные клеточные компоненты, а в микроспорах — метаболизм нуклеиновых оснований в митохондриях. Это указывает, что дисфункция митохондрий может влиять на мейоз и развитие микроспор, приводя к абортивности пыльцы.

Исследование предлагает потенциальную сеть взаимодействия ядра и цитоплазмы в тычинке цитрусовых, что способствует раскрытию механизмов цитоплазматической мужской стерильности.