Новые детали о том, как растения поддерживают оптимальное соотношение спермиев и яйцеклеток
Современные методы молекулярной биохимии, микроскопии и генетики стали настолько мощными, что теперь можно делать механистические открытия о процессах размножения растений, которые раньше было трудно исследовать.
Новая работа в Nature решает в беспрецедентных деталях загадку того, как цветковые растения избегают полиспермии — проникновения нескольких спермиев в яйцеклетку, что вредно для зиготы. Предотвращение полиспермии также повышает шансы на оплодотворение большего числа семязачатков и обеспечивает лучшую урожайность семян.
Ключевая роль рецептора FERONIA
Два процесса контролируются геном FERONIA, который кодирует рецепторную киназу. Она воспринимает сигналы на поверхности клетки и инструктирует клетку реагировать соответствующим образом:
- Сначала создаётся среда в семязачатке, восприимчивая к первой пыльцевой трубке, доставляющей спермии.
- После оплодотворения среда мгновенно переключается, чтобы блокировать приближение других пыльцевых трубок.
Механизм контроля: пектин и оксид азота
Одно из ключевых открытий — роль FERONIA в клеточной стенке и её способность взаимодействовать с пектином (сахарным полимером).
- Одна из форм этого полимера, деэтерифицированный пектин, может поддерживать податливую стенку, позволяя первой пыльцевой трубке проникнуть в зародышевый мешок.
- После проникновения первой трубки этот пектин может резко затвердеть, блокируя вход для других.
Новый сигнальный путь
Учёные впервые наблюдали, что деэтерифицированный пектин служит сигналом для создания среды, обогащённой оксидом азота (NO) у входа в зародышевый мешок.
- Этот газообразный сигнальная молекула модифицирует и деактивирует хемоаттрактант, производимый женскими тканями для привлечения пыльцевых трубок.
- Быстрое изменение гарантирует, что опоздавшие пыльцевые трубки не смогут приблизиться к уже оплодотворённому семязачатку.
Вывод
При отсутствии FERONIA клеточная стенка испытывает дефицит деэтерифицированного пектина. При его наличии стенка работает и как источник сигнальных молекул для запуска NO, и как физический барьер. Исследования FERONIA и связанных с ней белков открывают огромный потенциал для прогресса в биологии растений и фундаментальных механизмах передачи сигналов.