Впервые генетически трансформирована примула — растение, чья половая жизнь восхищала Дарвина
Впервые удалось генетически трансформировать Первоцвет обыкновенный (Primula vulgaris). Это достижение может пролить свет на одну из самых известных репродуктивных систем растительного мира.
Сложная половая жизнь Primula была предметом, который восхищал Чарльза Дарвина и последующие поколения генетиков, поскольку это один из лучших примеров гетероморфного развития цветка.
Гетероморфия (или гетеростилия) — это явление, при котором растения демонстрируют две или три различные формы цветков в зависимости от положения мужских и женских половых органов. Теперь некоторые секреты, ускользнувшие от Дарвина, могут быть раскрыты благодаря биотехнологическому успеху, о котором объявили исследователи из Центра Джона Иннеса, Университета Восточной Англии (UEA) и Института Эрлхэма.
Технология, известная как Agrobacterium-опосредованная трансформация растений, предполагает использование почвенных бактерий для вставки или модификации генов в геноме растения. Генетическая трансформация — это ценный инструмент, позволяющий изучать функцию генов и генетически контролируемые признаки у организмов.
Это рутинный исследовательский метод, применяемый к модельным организмам, таким как Nicotiana benthamiana и Arabidopsis thaliana, для понимания молекулярных механизмов растений. Однако эти виды нельзя использовать для изучения гетероморфии, потому что их цветки являются гомоморфными, то есть способны к самооплодотворению.
«Теперь, имея систему трансформации, мы можем использовать инструменты редактирования генов, такие как CRISPR-Cas9, чтобы выяснить, какова именно функция генов, контролирующих гетероморфию в семействе Primula», — говорит Садие Хайта из Центра Джона Иннеса.
«В долгосрочной перспективе это может иметь значение для коммерческих культур. Если мы поймем роли этих различных генов, мы могли бы перенести их в коммерческую культуру и использовать в гибридной системе», — добавляет она.
До сих пор попытки трансформировать Primula были безуспешными, поскольку растение оказалось устойчивым к лабораторной регенерации целых растений из культуры тканей.
Новые протоколы трансформации, описанные в рецензируемом журнале Plant Methods, позволят современным ученым изучать Primula на молекулярном уровне.
Это цветковое растение — один из самых известных примеров гетероморфного развития цветка. Эта репродуктивная система очаровывала не только Дарвина, но и многих ведущих генетиков начала 1900-х годов, включая Уильяма Бэтсона, первого директора Центра Джона Иннеса, и его коллег Дж. Б. С. Холдейна, Сирила Дарлингтона и Доротею де Уинтон.
Дарвин в своей знаковой статье 1862 года выяснил функциональное значение различных анатомических образований: они делали растения самонесовместимыми. Это способ природы стимулировать перекрестное опыление для поддержания генетического разнообразия в популяции, движущей естественный отбор.
Фундаментальные исследования гетероморфии продолжались. В исследовательской статье 2016 года группа под руководством профессора Филипа Гилмартина из Центра Джона Иннеса и Университета Восточной Англии идентифицировала суперген S-локуса, который контролирует гетероморфию, описанную Дарвином.
Обладая этими фундаментальными знаниями и новой системой трансформации, ученые могут глубже погрузиться в тайны гетероморфии.
Соавтор Марк Смедли из Центра Джона Иннеса говорит: «Не каждый день выпадает возможность работать над статьей, которая ссылается на Дарвина. Это фундаментальная история, которую ученые пытались разгадать 200 лет».
Профессор Филип Гилмартин из UEA, чья лаборатория начала эту научную миссию более 20 лет назад, сказал: «Разработка системы трансформации Primula — важная составляющая долгосрочного исследования нашей лаборатории по идентификации и характеристике генов, контролирующих развитие двух форм цветка Primula, изученных Чарльзом Дарвином».
Это исследование, которое, несомненно, взволновало бы Дарвина. В конце своей блистательной карьеры автор «Происхождения видов» заметил:
«Я не думаю, что что-либо в моей научной жизни доставило мне столько удовлетворения, как понимание значения структуры этих растений».