Учёные обнаружили генетический триггер бесполого размножения растений

Совместное исследование Тель-Авивского университета и Университета Фрайбурга обнаружило генетический триггер для развития потомства без перекрёстного оплодотворения у мха. Оно идентифицирует и исследует главный генетический переключатель для самовоспроизведения у мха Physcomitrella patens. Ген BELL1 запускает каскад генов, которые облегчают развитие эмбриона без оплодотворения, формируя полностью функциональные взрослые растения мха.

Исследование возглавляли проф. Нир Охад, директор программы Центра Манна по безопасности пищевых продуктов в TAU, и проф. Ральф Рески из Университета Фрайбурга. Оно было опубликовано в Nature Plants.

«Знания, полученные в ходе нашего исследования, могут помочь модернизировать сельское хозяйство, позволяя клонировать определённые важные растения и распространять их семена среди фермеров», — сказал проф. Охад.

Модель для самооплодотворения

Мох обладает как яйцеклетками, так и подвижными сперматозоидами и служит простой моделью для понимания процессов самооплодотворения. Результаты объясняют на молекулярном уровне, как эволюционировало бесполое размножение — партеногенез или апомиксис, — при котором образуются генетически идентичные растения.

Команда определила ген BELL1 как главный регулятор формирования эмбрионов и их развития у мха. Этот ген консервативен в эволюции.

Учёные использовали генную инженерию, чтобы активировать ген BELL1 у растений мха, и наблюдали спонтанное развитие эмбрионов на определённом типе клеток. Эти эмбрионы выросли в полностью функциональные спорофиты мха. Позже эти споровые коробочки сформировали споры, которые выросли в новые взрослые растения.

От растений к человеку?

Белок, кодируемый геном BELL1, принадлежит к классу гомеодоменсодержащих транскрипционных факторов «homeobox». Сходные гомеотические гены присутствуют также у человека и животных, где они контролируют ключевые процессы развития. Остаётся неясным, является ли аналог BELL1 главным регулятором эмбрионального развития у человека.

«Наши результаты важны не только для мхов, — сказал проф. Рески. — Во-первых, они могут объяснить, как водоросли развились в наземные растения и сформировали наши нынешние экосистемы. Во-вторых, они могут помочь возродить концепцию генетических мастер-регуляторов в развитии растений, животных и человека».