В новом исследовании ученые из Университета Умео, Швеция, нашли способ разрушить защитные стенки пыльцевых зерен - одного из самых твердых биоматериалов в мире - не повреждая внутреннюю часть клетки и ее компоненты. Это достижение открывает возможность выделения и изучения митохондрий — частей клетки, необходимых для выработки энергии. К их удивлению, несколько белков, которые являются ключевыми для поддержания выработки энергии митохондриями, нигде не были обнаружены.
«Цветковые растения нуждаются в пыльце для размножения, а пыльцевые зерна во многих отношениях особенные, - рассказывает Оливье Кич, доцент кафедры физиологии растений Университета Умео и руководитель группы в Центре ботанических наук Умео (UPSC). - Каждое пыльцевое зерно содержит крошечную капсулу - клетку, которая несет мужской генетический материал, необходимый для следующего поколения растений».
Когда пыльцевое зерно сталкивается с женским растением того же вида, может произойти оплодотворение, которое даст начало новому поколению. Но не всегда возможен непосредственный контакт. Чтобы выжить в суровых условиях, пыльцевое зерно развило особую внешнюю структуру, которая защищает клетку, позволяя ей перемещаться на большие расстояния с ветром или опылителями, такими как насекомые, птицы или рептилии.
«Эта прочная внешняя стенка в значительной степени состоит из одного из самых стойких биоматериалов, известных на этой планете. Это делает стенку пыльцевого зерна чрезвычайно устойчивой к воздействию окружающей среды, и некоторые пыльцевые зерна могут сохраняться в осадочных породах в течение миллионов лет», - говорит Кич.
То, что пыльцевое зерно может выживать в течение столь длительного периода времени, обусловлено внутренним производством энергии - митохондриями. «Это крошечный отсек клетки, который необходим для ее выживания», - поясняет ученый.
Митохондрии имеют свой собственный генетический материал, необходимый для их биологической активности, и в частности для производства энергии, которая поддерживает жизнь клетки. Но для изучения митохондрий пыльцы исследователям пришлось сломать защитную стенку.
Идея изучать митохондрии пыльцы зародилась на конференции в 2019 году. Кич и его коллега из UPSC Клемент Буссардон представили новую технологию, разработанную в Университете Умео, которая позволяет захватывать и изолировать митохондрии. Эта инновационная технология заинтриговала коллег, которые изучали клетки пыльцы.
Однако с момента зарождения идеи потребовалось несколько лет, чтобы раскрыть секреты пыльцы, причем буквально. «Разделение пыльцевых зерен и выделение неповрежденных митохондрий было действительно сложной задачей. Это биологические структуры, в миллион раз меньше метра, заключенные в крошечный сейф — динамит не был вариантом!» - говорит Буссардон, научный сотрудник в группе Кича и первый автор исследования, опубликованного в Current Biology.
Буссардон вместе со своим коллегой Матье Саймоном из INRAE во Франции потратили более четырех лет на совершенствование метода открытия пыльцевых зерен с сохранением клетки. То, что они обнаружили, оказалось совсем не тем, что они ожидали.
«То, что мы обнаружили, было довольно удивительным, - говорит Кич. - Мы обнаружили, что белки, которые связаны с поддержанием и экспрессией генетического материала в митохондриях, необходимые для поддержания его жизни, нигде не были обнаружены. Это немного похоже на то, как если бы митохондрии были готовы производить энергию, но не были оснащены для какого-либо ремонта в случае необходимости. Это открытие может объяснить, почему пыльцевое зерно в конечном итоге имеет ограниченный срок службы и почему оно так хорошо настроено на выживание в течение всего срока своей уникальной миссии - оплодотворения».
Кич и Буссардон связывают свой успех с междисциплинарным характером исследования, в котором приняли участие исследователи из Германии, Франции, Новой Зеландии и, конечно же, Университета Умео.
«Объединение опыта наших разнообразных исследовательских групп было огромным удовольствием и стало ключом к этому успеху», - заключает Буссардон.
Источник: Umea University. Автор: Ребекка Форсберг.
Исследователи Оливье Кич и Клемент Буссардон с кафедры физиологии растений Университета Умео изучают пыльцевые зерна растений Arabidopsis в теплице Центра растениеводства Умео. Автор фото: Ребекка Форсберг.
