Arabidopsis thaliana - крошечное, неприметное и травянистое ответвление семейства крестоцветных, которое можно легко не заметить на лугу, но оно может разрушить общепринятое мнение: вместе со своей рабочей группой и его коллеги из Университета Нагои, Япония, биолог из Фрайбурга профессор доктор Томас Лаукс показывают, как растения начинают развитие зародыша и тем самым следуют принципиально иной стратегии размножения, чем животные. Команда использовала Arabidopsis thaliana в качестве модельного организма и показала, как растения начинают транскрипцию генов, то есть чтение генома, всего через несколько часов после оплодотворения. Это включает в себя гены, которые регулируют первые шаги эмбрионального развития. Исследователи описывают недавно обнаруженный механизм в научном журнале Genes and Development.
С биологической точки зрения жизнь начинается после оплодотворения: в организме есть программа экспрессии генов, которая регулирует эмбриональное развитие из одной зиготы, то есть из слияния яйцеклетки и сперматозоида. У млекопитающих это новое начало происходит почти без какой-либо транскрипции в зиготе и скорее использует транскрипты генов и белки, которые были сохранены матерью в яйцеклетке. Однако растения выбрали другую стратегию для обеспечения транскрипции правильных генов в зиготе: внутриклеточный сигнальный путь, активируемый спермой, добавляет фосфатные остатки к транскрипционному фактору WRKY2 и обеспечивает связь между клеточной мембраной и ядром. Как следствие, этот белок способен активировать транскрипцию основного регулятора, называемого WOX8, который контролирует первые этапы эмбриогенеза. В случае с Arabidopsis thaliana он включает, например, формирование оси побег-корень и деление клеток, которые приводят к росту растения.
Тем не менее, сам по себе WRKY2 не может полностью регулировать транскрипцию WOX8. Это требует помощи дополнительных факторов транскрипции, происходящих от материнских генов, называемых HDG11 и HDG12. Только комбинация активируемого сперматозоидом WRKY2 и материнских белков HDG гарантирует, что регуляция эмбриона начинается в зиготе. Одним из очевидных преимуществ такого сотрудничества является то, что программа эмбриогенеза активируется только тогда, когда яйцеклетка и сперматозоид сливаются.
Исследование противоречит давней так называемой «теории родительского конфликта», которая была предложена для растений и млекопитающих: эта теория утверждает, что для питания эмбриона два родителя действуют антагонистически. В то время как копии отцовского гена благоприятствуют снабжению питательными веществами только их собственного потомства, копии материнского гена, как правило, благоприятствуют распределению ресурсов среди всех потомков. Выводы исследовательской группы предполагают, что необходимо принять новую модель инициации эмбрионального развития растений, основанную на сотрудничестве обоих родителей.