Новое исследование команды ученых в Институте молекулярной физиологии растений Макса Планка улучшило понимание проблемы с нежизнеспособными семенами гибридов, определяя малые молекулы РНК как ключевых игроков в этом процессе. Эти результаты проложат путь для более успешной гибридизации в будущем, сообщает Ребекка Вассен в релизе Общества Макса Планка. Научная работа опубликована в Nature Plants.
Когда гибридные семена не развиваются, причина часто кроется в эндосперме - ткани в семенах растений, которая обеспечивает питательными веществами растущий эмбрион, подобно тому, как плацента питает эмбрионы млекопитающих. Без надлежащего развития эндосперма семена не могут выжить.
Новое исследование под руководством научной группы профессора доктора Клаудии Кёлер сделало ключевое открытие в семействе Brassicaceae, которое включает горчицу, брокколи, рапс и другие важные культуры. Исследование выявило сильную связь между неурожаем гибридных семян и дефицитом материнских малых РНК.
Эти крошечные молекулы переносятся из материнского растения в эндосперм и контролируют активность генов в эндосперме. Когда экспрессия генов в семени ненормальна, развитие семени останавливается, что в конечном итоге приводит к его гибели.
«Наши результаты показывают, что дозировка предоставленных матерью малых РНК может определять, вырастет ли гибридное семя или нет, - сказала доктор Катажина Дзясек, ведущий автор исследования. - Контролируя уровни этих молекул РНК, мы можем улучшить выживаемость гибридных семян и преодолеть барьеры, которые долгое время мешали успешному разведению, между различными видами растений».
Интересно, что этот механизм распространяется не только на растения. Похожее явление, известное как гибридный дисгенез, встречается у плодовых мушек. В этом случае малые РНК от матери защищают от генетических нарушений, которые могут возникнуть, если генетический материал отца слишком сильно отклоняется. Таким образом, как у растений, так и у животных, материнские малые РНК играют ключевую роль в определении совместимости видов при гибридизации.
Остаются нерешенными ключевые вопросы о том, как эти малые РНК генерируются и переносятся из материнского растения в эндосперм. В настоящее время эти вопросы изучаются в лаборатории Клаудии Кёлер в Институте молекулярной физиологии растений Общества Макса Планка.
Поскольку селекционеры продолжают сталкиваться с проблемами неурожая гибридных семян, это исследование открывает многообещающий новый путь для улучшения передачи полезных признаков между видами. Понимая молекулярные механизмы, селекционеры могут вывести более устойчивые культуры, которые смогут лучше противостоять стрессам окружающей среды, повышать урожайность и поддерживать биоразнообразие.
Источник: Max Planck Society. Автор: Ребекка Вассен.
На заглавном фото: жизнеспособные семена, полученные от Capsella orientalis (пастушья сумка восточная, семейство: Brassicaceae), слева, и сплющенные, нежизнеспособные семена, полученные от скрещивания Capsella orientalis с ее близким родственником Capsella rubella. Автор фото: Катажина Дзясек.
