Раскрыто происхождение древнего генетического механизма, необходимого для плодородия растений

Ученые обнаружили, что ген, который, как известно, контролирует выработку антерозоидов внутри пыльцевых зерен цветковых растений, также используется и некоторыми примитивными наземными растениями для производства свободно плавающих сперматозоидов. 

Исследование проводилось под руководством профессора Такаши Араки (Takashi Araki) и профессора Фредерика Бергера (Frederic Berger). Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.

Ключевым открытием ученых стало то, что ген DUO1, как выяснилось, произошел из харовых водорослей – древней группы водных водорослей, которые разошлись с наземными растениями более 700 миллионов лет назад. Исследователи предполагают, что это было простое изменение в последовательности гена DUO1, которое позволило водным предкам водорослей производить спермии, увеличивая тем самым шансы на оплодотворение в водной среде.

В ходе работы ученые сравнили последовательности ДНК DUO1 у примитивных наземных растений, таких как печеночники и мхи и пресноводных водорослей. Так исследователи выявили довольно небольшие генетические изменения, которые позволили белку DUO1 водорослей узнать новую последовательность ДНК. Это изменение, в свою очередь, позволило DUO1 контролировать генную сеть, необходимую для создания плавающих антерозоидов.

Исследователи отмечают, что роль DUO1 в формировании спермы у растений адаптировалась к требованиям жизни на суше. Например, этот ген необходим для производства жгутиков хлыста, используемых для приведения в движение сперматозоидов печеночного мха, однако это не относится к цветущему растению Arabidopsis thaliana. Спермии цветковых растений не плавают, а транспортируется к яйцу при помощи трубки, которая вырастает из каждого пыльцевого зерна. В этих антерозоидах DUO1 взял под свой контроль специализированную сеть генов, необходимых для объединения сперматозоидов и яйцеклеток.

«Радует, что главное событие в эволюционной истории сперматозоидов растений стало возможным благодаря международному сотрудничеству и индивидуальным усилиям многих исследователей. Дальнейшая совместная работа по созданию генных сетей фертильности важных сельскохозяйственных культур, откроет новые способы помощи селекционерам в их стремлении поддерживать продовольственную безопасность перед лицом изменений окружающей среды», – говорит профессор и соавтор исследования Дэвид Твелл (David Twell).