Найден генетический барьер к самоопылению растений

Найден генетический барьер к самоопылению растений

Применение этих знаний на практике позволит сократить расходы на производство гибридных семян. Кроме того, открываются новые возможности для создания более экологически безопасных самоопыляемых трансгенных растений.

У множества цветковых растений выработан механизм невозможности самоопыления, что предотвращает родственное скрещивание и увеличивают генетическое разнообразие вида. Это достигается благодаря процессу, названному самонесовместимостью, при котором опыление не в состоянии произойти, если пыльца идентифицирует попадание на пестик цветка, на растении которого она появилась. Но принцип действия этого механизма долго оставался загадкой, которая теперь успешно решена.

Группа исследователей во главе с Те-Хуи Као, профессора биохимии и молекулярной биологии в Пенсильванском Университете, сообщает в статье, опубликованной 20 мая в выпуске журнала Nature, об открытии у петуний гена, который контролирует этот процесс самонесовместимости пыльцы. Недавно идентифицированный ген получил название PiSLF (от Petunia inflata S-locus F-box). Этот ген кодирует производство большого семейства белков F-box, которые, как известно, вызывают сворачивание белка в различных живых организмах, включая животных, растения и дрожжи.

В то время как разновидность петунии может нести от 50 до 60 различных S-аллелей, каждое растение имеет только две из них, по одной от каждого родителя. Аллель - один из множества возможных вариантов специфического гена; например, две аллели существуют для каждого из трех генов, которые определяют цвет глаза у людей. Зерно пыльцы является гаплоидным. Это означает, что оно содержит только половинный набор хромосом, и таким образом каждое зерно пыльцы содержит только одну из двух S-аллелей родительского растения. Пестик, с другой стороны, является диплоидным, и имеет два набора хромосом (по одному от каждого родителя) и поэтому имеет обе S-аллели родительского растения. Во время опыления, если S-аллель пыльцы не соответствует любой из этих двух S-аллелей в пестике, то пыльца прорастет через поверхность рыльца пестика. Из ее вегетативной клетки развивается пыльцевая трубка, которая несет к зародышевому мешку спермии. Достигнув его, спермии сливаются с яйцеклеткой, и происходит оплодотворение. Однако, если S-аллель пыльцы соответствует любой из этих двух S-аллелей в пестике, рост пыльцевой трубки останавливается на одну треть пути к мешку, что предотвращает оплодотворение. Вызов этого ответа самонесовместимости требует взаимодействия между генами S-аллели пыльцы и пестика. Ответственным за эту несовместимость оказался ген PiSLF.

Таким образом, открываются большие возможности генной инженерии в плане остановки безудержного скрещивания трансгенных растений с дикими. Ученым уже удалось переделать трансгенные растения в самоопыляемые (то есть те становятся самосовместимыми), и все потомство трансгенных растений также наследует эту совместимость.

Это открытие может также получить коммерческое применение для гибридного производства злаковых культур. Развитие гибридных сортов является главной целью садоводческой и сельскохозяйственной практики, потому что гибридные растения наиболее производительные, чем сортовые культуры, полученные из самоопыления или случайного опыления. Однако, чтобы получить гибридный сорт, необходимо перекрестное опыление с двух определенных сортов, при котором самоопыление и родственное опыление (опыление растением того же самого сорта) необходимо исключить. До сих пор для этого применяли ручной метод опыления. Однако этот процесс является очень трудоемким и дорогим. Из-за этого становятся очень дорогими и семена гибридных сортов, а, следовательно, и будущая цена урожая и продуктов питания на нашем столе. Если удастся сократить затраты за счет снижения ручного труда при производстве гибридов, это значительно снизит цены на продукты питания.

Информация для контакта: Barbara K. Kennedy, science@psu.edu, 814-863-4682, Penn State

Источник: SciTecLibrary