Группа ученых из Университета Нагоя (Япония) с помощью специализированной микроскопической техники наблюдала за внутренним процессом размножения растения арабидопсис. Результаты исследования, опубликованные в журнале EMBO Reports, раскрывают механизм, по которому женский цветок избирательно привлекает одного-единственного «мужчину». Эти выводы позволяют оптимизировать производство семян и улучшить методы сельскохозяйственной селекции.
Ангиоспермы, обычно называемые цветковыми растениями, имеют мужские и женские репродуктивные органы. В процессе размножения, когда пыльцевое зерно, переносящее мужские гаметы, попадает на рыльце другого цветка, начинается формирование пыльцевой трубки. Трубка проходит через рыльце и попадает в завязь, позволяя сперматозоидам достичь яйцеклетки и центральных клеток в яйцеводе для оплодотворения.
Чтобы лучше понять этот процесс, ученые создали уникальную микроскопическую технику с использованием двухфотонного микроскопа. По словам ведущего автора исследования Йоко Мизуты, трехлетняя работа была похожа на путешествие. «Она включала в себя деликатные методы работы с образцами и оптимизацию условий, таких как длина волны возбуждения, для получения глубоких изображений цветов», – пояснила она.
Используя свою методику, команда впервые смогла наблюдать за удлинением множества пыльцевых трубок в живом пестике и их уникальным притяжением к женской ткани. Это позволило идентифицировать сигнал, испускаемый материнской тканью, который привлекает пыльцевые трубки, заставляя их удлиняться вдоль ткани тычинки и достигать места оплодотворения.
Направление пыльцевых трубок – критический процесс в размножении растений, который включает в себя точную навигацию трубок к отдельным яйцеклеткам. Этот механизм обеспечивает успешное оплодотворение ангиоспермов, способствуя специфической связи между яйцеклетками и отдельными пыльцевыми трубками.
Помимо сигнала, способствующего притяжению особей, Мизута и ее коллеги с удивлением обнаружили и сигнал отталкивания. Помимо 45-минутного процесса блокировки, который не позволяет нескольким сперматозоидам оплодотворить одну и ту же яйцеклетку, сигнал отталкивания также направляет отвергнутых женихов к другим непарным яйцеклеткам.
«Я нахожу систему отталкивания захватывающей. Клетки, генерирующие систему притяжения, – это в основном синергидные клетки, в то время как клетки, генерирующие отталкивание, включают множество типов, таких как соматические и гаметофитные клетки на многоступенчатых уровнях. Мне кажется очень интересным, что все сцепления включают механизм притяжения и отталкивания», – говорит Мизута.
Мизута подчеркнула важность этого механизма для производства семян. «Точно регулируя поведение пыльцевых трубок, растения выработали механизм, обеспечивающий успешное оплодотворение и эффективное производство семян на засушливых землях с ограниченным количеством "партнеров"», – отметила она.
Это исследование предоставляет ценную информацию о том, как размножаются растения, и может принести пользу сельскохозяйственной селекции, увеличив производство семян и улучшив показатели всхожести.
[Фото: Issey Takahashi]
