Функция генетического пути для репродуктивной приспособленности цветковых растений

Малые РНК — ключевые регуляторы роста и развития растений. Две группы малых РНК в изобилии присутствуют во время развития пыльцы в пыльниках — критического процесса для репродуктивного успеха. Исследовательская коллаборация продемонстрировала функцию генетического пути для развития пыльника. Этот путь, как было доказано в 2019 году, широко присутствует у цветковых растений, эволюционировавших более 200 миллионов лет назад. Работу возглавляли Блейк Майерс (Дональд Данфортский центр наук о растениях и Университет Миссури) и Вирджиния Уолбот (Стэнфордский университет). Их результаты, «Недостаточность Dicer-like 5 обусловливает температурно-зависимую мужскую стерильность у кукурузы», опубликованы в журнале Nature Communications.

Неожиданно исследование выявило фенотип мужской стерильности, чувствительный к условиям среды. Используя мутантов и «выключая» один из путей, команда получила растения, не способные производить пыльцу. Однако при понижении температуры удалось восстановить полную мужскую фертильность. Эта способность включать или выключать производство пыльцы в разных условиях может быть полезна для семеноводства. Команда также смогла определить функцию этого пути в развитии пыльника — ранее отсутствовавшее, но важное наблюдение. Эти результаты являются важным дополнением к ранее опубликованному открытию, описывающему эволюционное распределение этого пути среди цветковых растений: «24-нт репродуктивные phasiRNAs широко представлены у покрытосеменных» (также в Nature Communications).

«Соединив эти два открытия, мы понимаем, что роль этих молекул важна для полной мужской фертильности у кукурузы, плюс, этот путь впервые эволюционировал вместе с цветковыми растениями», — сказал Майерс. «Понимание генетических механизмов развития цветков важно для повышения урожайности и выведения лучших сортов, особенно для создания высокоурожайных гибридных культур, лежащих в основе современного сельского хозяйства».

Команда продолжит работу, чтобы понять причину чувствительности к среде при изменениях в этом пути, и определить молекулярный механизм, ведущий к мужской стерильности в отсутствие этого пути малых РНК. В рамках отдельно финансируемого проекта изучается, можно ли использовать модуляцию этого пути для регуляции развития пыльцы у других культур с целью улучшения производства семян и урожайности.

В число авторов входят со-первые авторы Чонг Тен (постдок в лаборатории Майерса) и Хань Чжан (бывший постдок в лаборатории Уолбот). Также свой вклад внесли Кун Хуан (постдок в лаборатории Майерса) и Реза Хаммонд (бывший аспирант в лаборатории Майерса). Работа финансировалась Национальным научным фондом (NSF).