Ученые показали, как женские гаметы контролируют восстановление оплодотворения у цветковых растений

Исследователи под руководством доктора Ли Хунцзю из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук выяснили, что женская гамета у цветковых растений контролирует восстановление оплодотворения, секретируя аттрактанты пыльцевой трубки.

Ученые также предоставили молекулярные ключи к пониманию выживания некоторых видов растений после потери синергидных клеток в ходе эволюции. Исследование опубликовано в журнале Cell 18 августа.

Производство семян путем оплодотворения необходимо для размножения растений и урожайности семенных культур. Еще в 1904 году ботаники наблюдали интересный феномен привлечения в семязачаток более одной пыльцевой трубки. Этот процесс, называемый «восстановлением оплодотворения», связывали с неудачей оплодотворения. Предполагалось, что эта неудача запускает привлечение дополнительных пыльцевых трубок, тем самым спасая оплодотворение за счет доставки большего количества спермиев. Однако лежащий в основе механизм оставался неясным.

Как правило, зародышевый мешок цветковых растений (покрытосеменных) содержит две синергидные клетки, две женские гаметы (яйцеклетку и центральную клетку) и три антиподные клетки. За последние два десятилетия накопилось множество доказательств критической роли синергидных клеток в секреции аттрактантов пыльцевой трубки, что способствует успешному оплодотворению. Ученые предполагали, что эти две синергидные клетки дают растению второй шанс восстановить оплодотворение, если первая синергида не смогла привлечь пыльцевую трубку с двумя фертильными спермиями.

Однако недавние исследования группы Ли показали, что семязачатки Arabidopsis thaliana, у которых две синергидные клетки были экспериментально удалены, все еще могут привлекать пыльцевые трубки и производить семена. Это наблюдение указало на существование альтернативного механизма восстановления оплодотворения.

Предыдущее исследование Ли и группы Ян Вэйцая предположило, что центральная клетка, как предшественник эндосперма, также критически важна для привлечения пыльцевой трубки. Чтобы проверить, может ли центральная клетка секретировать аттрактант, исследователи измерили активность привлечения пыльцевой трубки для более чем сотни секретируемых пептидов, экспрессируемых в центральной клетке. В конечном итоге они обнаружили, что два из них, SALVAGER1 (SAL1) и SAL2, обладают такой активностью и могут связываться с плазматической мембраной пыльцевой трубки.

Интересно, что они обнаружили, что SAL1 и SAL2, локализованные в центральной клетке, секретируются в микропиле и семяножке, когда синергидные клетки дефектны или уничтожены пыльцевыми трубками мутанта gcs1, несущими нефертильные спермии. Эти результаты указывают, что SALs являются новым типом аттрактантов пыльцевой трубки.

Кроме того, мутанты с нокаутом SAL1 и SAL2 теряли способность к восстановлению оплодотворения, контролируемому женскими гаметами. Последующие исследования выявили функциональную избыточность между SAL1/SAL2 и системой привлечения синергидных клеток в успешном оплодотворении.

Более того, аналогичное исследование, проведенное на Arabidopsis lyrata, сестринском виде Arabidopsis thaliana, продемонстрировало эволюционную консервативность механизма восстановления оплодотворения, опосредованного SALs, секретируемыми центральной клеткой.

В итоге, исследователи раскрыли контролируемый центральной клеткой механизм восстановления оплодотворения, который важен для обеспечения успеха размножения.