Родительский конфликт у растений: материнские факторы подавляют гены отца

У цветковых растений начало эмбриогенеза почти исключительно контролируется активностью материнских генов. Материнские факторы регулируют развитие зародыша и подавляют (сайленсируют) отцовские гены на ранних стадиях развития. Это открытие, сделанное с помощью технологии секвенирования нового поколения, представила международная команда исследователей, включая генетиков растений из Цюрихского университета. Этот вновь обнаруженный механизм может быть вовлечен в поддержание видовых барьеров и способен сыграть важную роль в создании новых сортов сельскохозяйственных культур.

Подавленные отцовские гены

Учёные из Цюриха скрестили две генетически различимые расы модельного растения Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля) и проанализировали относительный вклад родительских геномов вскоре после первого деления оплодотворённой яйцеклетки. Молекулярно-генетический анализ эмбрионов на столь ранних стадиях технически сложен, что объясняет, почему до сих пор исследователи изучали более поздние стадии.

Используя мощную технологию «секвенирования нового поколения» (Next Generation Sequencing), команда под руководством профессора Уэли Гроссниклауса показала, что на ранней фазе развития эмбриона растения активны преимущественно материнские гены. С помощью малых рибонуклеиновых кислот (siRNAs) материнский геном контролирует отцовские гены, обеспечивая их первоначальную неактивность. В ходе развития отцовские гены постепенно активируются, что также требует активности материнских факторов.

Это открытие удивительно, так как противоречит более ранним представлениям о специфической роли этих siRNAs в предотвращении перемещений «прыгающих генов» (транспозонов) в геноме.

Материнский контроль может обеспечивать поддержание видовых границ

По словам Гроссниклауса, временное подавление отцовского вклада на ранних стадиях развития потомства отвечает интересам материнского растения: мать вкладывает значительные ресурсы в формирование семян. Перед этим вложением она проверяет отцовский геном на совместимость со своим собственным. Если геном отца слишком отличается (например, принадлежит другому виду), эмбрион погибнет.

Таким образом, у двух родительских растений противоположные интересы в отношении потомства. Отец-донор пыльцы заинтересован в максимальной передаче ресурсов от матери к потомству. Материнское растение, напротив, стремится оптимизировать соответствие с отцовским геномом, чтобы предотвратить растрату ресурсов. «Мы имеем дело с классическим родительским конфликтом», — резюмирует Уэли Гроссниклаус.

Генетическая несовместимость приводит к гибели эмбрионов, делая неуспешным оплодотворение пыльцой других видов растений. Поэтому раскрытый механизм может играть важную роль в поддержании видовых барьеров. Это также объясняет, почему попытки скрестить культурные растения с их дикими родственниками (например, для переноса генов устойчивости к болезням) часто терпят неудачу на ранних стадиях эмбриогенеза.

Селекционеры будут заинтересованы в том, чтобы выяснить, как можно обойти материнский контроль раннего развития эмбриона в своих программах по выведению новых сортов.