EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь

Группа ученых из Университета Нагоя, Япония, с помощью специализированной микроскопической техники наблюдала за внутренним процессом размножения растения арабидопсис. Результаты исследования раскрывают механизм, по которому женский цветок избирательно привлекает один мужской экземпляр.

Эти выводы, опубликованные в журнале EMBO Reports, позволяют оптимизировать производство семян и улучшить методы сельскохозяйственной селекции.

Ангиоспермы, обычно называемые цветковыми растениями, имеют мужские и женские репродуктивные органы. В процессе размножения растений, когда пыльцевое зерно, переносящее мужские гаметы, попадает на рыльце другого цветка, начинается формирование пыльцевой трубки. Трубка проходит через рыльце и попадает в завязь, позволяя сперматозоидам достичь яйцеклетки и центральных клеток в яйцеводе для оплодотворения.

Чтобы лучше понять этот процесс, исследователи создали уникальную микроскопическую технику с использованием двухфотонного микроскопа. По словам ведущего автора работы, Йоко Мизуты, трехлетняя работа была похожа на путешествие.

Она включала в себя деликатные методы работы с образцами и оптимизацию условий, таких как длина волны возбуждения, для получения глубоких изображений цветов, — пояснила она.

Используя свою методику, команда впервые смогла наблюдать удлинение множества пыльцевых трубок в живом пестике и их уникальное притяжение к женской ткани. Это позволило им идентифицировать сигнал, испускаемый материнской тканью, который привлекает пыльцевые трубки, заставляя их удлиняться вдоль ткани тычинки и достигать места оплодотворения. Именно этот сигнал позволяет точно управлять движением пыльцевых трубок «один к одному».

Направление пыльцевых трубок «один к одному» — критический процесс в размножении растений, который включает в себя точную навигацию пыльцевых трубок к отдельным яйцеклеткам. Этот механизм обеспечивает успешное оплодотворение ангиоспермов, способствуя специфической связи между яйцеклетками и отдельными пыльцевыми трубками.

Помимо сигнала, способствующего притяжению особей, Мизута и ее коллеги с удивлением обнаружили и сигнал отталкивания. Этот сигнал испускался при привлечении пыльцевой трубки, препятствуя дальнейшему привлечению других пыльцевых трубок. Помимо 45-минутного процесса блокировки, который не позволяет нескольким сперматозоидам оплодотворить одну и ту же яйцеклетку, сигнал отталкивания также направляет отвергнутых женихов к другим непарным яйцеклеткам.

Я нахожу систему отталкивания захватывающей, — говорит Мизута.

Клетки, генерирующие систему притяжения, в основном являются синергидными клетками, в то время как клетки, генерирующие систему отталкивания, включают множество типов, таких как соматические и гаметофитные клетки на многоступенчатых уровнях. Мне кажется очень интересным, что все сцепления включают этот механизм притяжения и отталкивания.

Дальнейший анализ показал сложность процесса направления пыльцевой трубки один к одному, выявив сложный регуляторный механизм, требующий участия различных клеток как в мужских, так и в женских растениях. Такая точная регуляция обеспечивает успешное оплодотворение и эффективное производство семян, особенно в сложных условиях окружающей среды.

Мизута подчеркнул важность этого механизма для максимального производства семян. «Точно регулируя поведение пыльцевых трубок, растения выработали механизм, обеспечивающий успешное оплодотворение и эффективное производство семян на засушливых землях с ограниченным количеством ухажеров», — отметила она.

Это исследование предоставляет ценную информацию о том, как размножаются растения, и может принести пользу сельскохозяйственной селекции, увеличив производство семян и улучшив показатели всхожести.

21.05.2024