Две группы молекулярных биологов растений из Массачусетского университета в Амхерсте и Пекинского университета в Китае уже давно изучают, как пыльцевые трубки и пестики, мужские и женские части цветков, взаимодействуют для достижения оплодотворения у растений. Сегодня они сообщают в опубликованной ранее статье Science, что идентифицировали пару рецепторов, необходимых для этих коммуникаций, а также молекулы, которые модулируют активность рецепторов.
Работа на модельном растении Arabidopsis продвигает базовое понимание репродукции растений, говорят Элис Чунг и Хен-Минг Ву из Университета Массачусетса в Амхерсте вместе с Ли-Цзя Цюй и Хунъя Гу в Китае. Исследователи назвали два новых рецептора буддийской бумажной печатью 1 и 2 (BUPS1/2). В их статье также идентифицируются несколько небольших пептидов, известных как факторы быстрого ощелачивания (RALF) 4, 19 и 34, в качестве их лигандов - молекул, которые модулируют функции рецепторов..
Кроме того, авторы описывают, как BUPS1/2 и вторая пара родственных рецепторов, называемых ANXUR 1 и 2 (ANX1/2), а также RALF 4 и 19, экспрессируются в пыльцевой трубке и необходимы для мужской фертильности. взаимодействуют вместе, чтобы выполнить свою работу.
Чунг говорит: «В нашей статье описывается важная разработка сети взаимодействия мужчин и женщин в воспроизводстве растений. Молекулы, участвующие в этом процессе, должны тесно работать вместе, чтобы организовывать и поддерживать интерактивные события мужчин и женщин. В этом процессе пыльцевая трубка растет внутри пестика, часто на расстояния, в сотни или тысячи раз превышающие диаметр трубки, чтобы доставить сперму к яйцеклетке-мишени. Пыльцевая трубка должна оставаться неповрежденной на протяжении всего пути, но затем она должна разорваться в нужное время и в нужном месте, когда достигнет цели, чтобы высвободить сперму для оплодотворения. Слишком ранний разрыв или неспособность лопнуть, когда он должен, разрушительны для репродукции."
Две исследовательские группы обнаружили, что рецепторы, а также RALF4 и 19 необходимы для поддержания целостности пыльцевых трубок в процессе роста. Они также показывают, что RALF34, экспрессируемый самкой, способствует процессу разрыва наряду с некоторыми известными и другими еще не идентифицированными факторами. Они демонстрируют, как эти молекулы взаимодействуют друг с другом, иллюстрируя «интригующий механизм связи» между самцом и самкой для производства семян, говорит Чеунг.
Она добавляет: «Показывая, как рецепторы и их лиганды работают вместе для обеспечения репродуктивного успеха, наша работа освещает один из самых загадочных процессов в биологии».
В сообществе исследователей репродукции растений есть традиция называть важные гены из древней мифологии, говорит биолог. Например, ген, над которым также работает ее группа, FERONIA, назван в честь римской богини плодородия. Исследователи назвали новые факторы бумажной печатью Будды 1 и 2 в честь китайской сказки о непослушной обезьяне, которую 400 лет держала под камнем заколдованная бумажная печать. Когда проходивший мимо добрый монах сломал печать, обезьяна вырвалась наружу, о чем вспомнили ученые, увидев, как пыльцевая трубка взрывается, высвобождая сперму и обеспечивая оплодотворение.
Эта работа является продолжением многолетних исследований группы Cheung-Wu в области репродукции растений, особенно FERONIA, рецептора, связанного с BUPS и ANXUR, который играет важную роль в контроле женской фертильности растений в процессе развития и в преодолении стрессов окружающей среды.
"На самом деле это очень интересно", - говорит Ченг. «Пыльцевая трубка транспортирует сперму к женским клеткам-мишеням. ФЕРОНИЯ ждет прибытия пыльцевой трубки. BUPS, ANXUR, RALF 4 и 10 в пыльцевой трубке следят за тем, чтобы трубка не лопнула слишком рано, а подождите, пока она не доберется до целевой женской клетки. Там трубка резко разрывается, действие контролируется FERONIA и частично опосредовано другим набором RALF, высвобождая сперму в нужное время и в нужном месте."
В этой работе команда использовала комбинацию обратной генетики, биохимических и биофизических подходов в сотрудничестве не только с китайской группой, но и с исследователями из Бразилии, Германии, США и Мексики. Чунг говорит, что Сеть по координации исследований в области интегративной биологии пыльцы Национального научного фонда США, главным исследователем которой она является, стала катализатором и форумом, стимулировавшим эти международные взаимодействия.
Она добавляет: «Я хочу подчеркнуть, что эта работа является совместной. Мы и группа Пекинского университета, близкие коллеги с общими интересами, работали параллельно над некоторыми темами в этой статье, не зная об усилиях друг друга. Однажды в ходе обсуждения мы обнаружили, что у нас есть общие результаты, но каждая группа также произвела уникальные наблюдения и разработала различные идеи, поэтому мы решили объединить наши усилия и опубликовать их совместно».
Она добавляет: «На мой взгляд, такое сотрудничество, вероятно, является лучшим видом научного взаимодействия. Как ученые, мы ценим нашу собственную независимость и творческий подход. Даже при наличии общих результатов наше мышление может расходиться, возглавляя каждую команду для дальнейшего исследования в разных направлениях, добираясь до конечных точек, которые дополняют друг друга. Это сотрудничество - не вопрос разного опыта, а вопрос общего интереса и любопытства, которые вели нас в разных направлениях, которые в конечном итоге снова объединились в законченную историю."