Он каждую весну покрывает наши машины желтым порошком и месяцами дразнит аллергиков, но пыльца - это больше, чем просто растительная сперма.
Новое исследование Университета Джорджии определило, когда пыльца достигает зрелости и начинает экспрессировать свой собственный геном, что является важным переходным периодом в жизненном цикле растений.
Каждое зерно пыльцы на самом деле представляет собой отдельный многоклеточный организм - от двух до 40 клеток, в зависимости от вида. Пыльца экспрессирует свой собственный геном и генетически отличается от родительского растения. Это означает, что пыльцевые зерна с одного цветка могут иметь разные черты и характеристики, подобно тому, как вы можете отличаться от своих братьев и сестер.
Когда пыльцевые зерна соревнуются за оплодотворение яйцеклетки, выживают только те пыльцевые зерна с наиболее удачными характеристиками, которые передают свою генетическую информацию следующему поколению. Эта жесткая конкуренция между пыльцой является проверкой качества генома растений, потому что вредные мутации удаляются, когда пыльцевые зерна с этими мутациями не могут конкурировать.
До исследования, которое попало на обложку журнала Science 28 января, ученые не были уверены, когда пыльца начала выражать свою собственную генетическую информацию.
«Поскольку пыльца выражает свой собственный геном, естественный отбор может воздействовать непосредственно на пыльцу. Это делает конкуренцию пыльцы важной силой, формирующей эволюцию растений», - сказал Брэд Нелмс, ведущий автор исследования и доцент биологии растений в Колледж искусств и наук Франклина. «Если бы мы лучше знали масштабы и сроки отбора пыльцы, это помогло бы нам лучше предсказывать, как виды растений адаптируются к изменяющимся условиям. Возможно, мы даже сможем использовать селекцию пыльцы, чтобы ускорить селекцию сельскохозяйственных культур, отбирая, например, более устойчивые к жаре культуры».
«Скрытая жизнь» пыльцы
Отбор пыльцы является ключом к успешному разведению. Но развитие пыльцы невероятно уязвимо к тепловому стрессу.
Повышение температуры может нанести необратимый ущерб самим растениям, а также изменить количество пыльцы, производимой данным растением. В свою очередь, это в сочетании с другими вызванными жарой изменениями в половом репродуктивном цикле растений может в конечном итоге привести к снижению урожайности, что является серьезной проблемой для продовольственной безопасности.
«Например, все крахмалы, которые производятся в зернах, также производятся в пыльце», - сказал Нелмс. «Там есть те же самые пути. Поэтому мы выясняем, как мы можем фактически проводить генетику потери функции непосредственно на пыльце».
Исследователи секвенировали содержимое РНК из клеток пыльцы кукурузы в течение 26 дней, начиная с образования спор в процессе, известном как мейоз, и заканчивая полностью сформированной пыльцой, отделяющейся от родительского растения.
«Многие люди думают о пыльце, когда мы видим цветок, и вы видите, что пыльца вот-вот осыплется, но на самом деле развитие пыльцы начинается очень рано в цветке», - сказал Нелмс. «В случае с кукурузой, например, я сажаю семя в землю, и через пять-шесть недель растение достигает груди. Вы еще не увидите никаких признаков цветения, но эти организмы уже прорастают глубоко. внутри растения. Это своего рода сложный скрытый процесс, которого мы раньше не видели в растениях».