Как подавление мужских цветков позволяет развиваться женским: молекулярный механизм определения пола у растений
Исследование, опубликованное в Science 6 ноября 2015 года под руководством профессора Рафаэля Перл-Тревеса из Университета Бар-Илан, раскрыло молекулярную основу определения пола у растений семейства тыквенных (Cucurbitaceae), к которому относятся огурец, тыква, арбуз и дыня.
Стратегия однополых цветков
Большинство растений — гермафродиты, их цветки содержат и мужские, и женские органы. Однако около 10% цветковых растений, включая тыквенные, образуют строго однополые цветки. Процент женских цветков напрямую влияет на урожайность семян и плодов.
Ключевое открытие: Ген androecy, ответственный за фенотип исключительно мужских цветков, на самом деле контролирует и развитие женских цветков. Он кодирует фермент ACS11, который регулирует биосинтез растительного гормона этилена в зачатке цветка.
- Когда ACS11 активен и этилен производится в нужном месте и количестве — развивается женский цветок.
- Когда мутация подавляет активность ACS11 — уровень этилена падает, и в результате формируется мужской цветок.
Таким образом, женские цветки развиваются через механизм, который подавляет появление мужских органов и способствует развитию завязи.
Практическое значение
- Селекция и диагностика: Понимание роли гена позволяет использовать прямую ДНК-диагностику для отбора сельскохозяйственно выгодных растений с преобладанием женских цветков.
- Применение к другим культурам: Этот подход может лечь в основу стратегий повышения продуктивности других однодомных культур (например, финиковой пальмы или фисташки), где определение пола дерева на ранней стадии в питомнике имеет большую экономическую важность.
- Гибридизация: Знание механизма подавления "мужского начала" открывает путь к созданию генетически модифицированных линий для упрощения трудоёмкого процесса ручной кастрации цветков при производстве гибридных семян.
Эволюционный контекст
Тот же ген, определяющий пол, был обнаружен у "кузена" огурца — дыни. Поскольку эти два вида разошлись в процессе эволюции около 10 миллионов лет назад, можно сделать вывод, что данный генетический механизм определения пола существует как минимум столько же времени.
Будущие задачи
Точный молекулярный механизм, с помощью которого биосинтез этилена подавляет развитие мужских цветков, ещё предстоит охарактеризовать. Его изучение — следующая цель исследователей, которая может привести к новым биотехнологическим решениям.