Исследования Syngenta Biotechnology China, проведенные совместно с партнерами из США, Франции, Великобритании, Чили, Нидерландов, Аргентины и Китая, обнаружили, что подсолнечники могут формировать жизнеспособные гаплоидные семена посредством партеногенеза при отсутствии опыления. Это открытие дает возможность масштабируемой двойной гаплоидной системы у подсолнечников, методики, которая может сократить время, необходимое для производства полностью инбредных линий, с шести лет до 10 месяцев, пишет Джастин Джексон в статье, опубликованной на портале Phys.org.
Некоторые животные, включая некоторых птиц, рептилий, рыб и ракообразных, таких как дафния, могут размножаться без оплодотворения посредством процесса, известного как факультативный партеногенез. У этих видов самки могут производить потомство без участия самцов. Чарльз Дарвин первым задокументировал необычные репродуктивные модели у растений, но многие аспекты размножения растений остаются плохо изученными.
У большинства цветковых растений формирование семян зависит от процесса, называемого двойным оплодотворением. При этом один сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, а другой оплодотворяет отдельную клетку, которая образует эндосперм - ткань, питающую эмбрион. Без оплодотворения жизнеспособные семена развиваются редко.
Подсолнечник - одна из важнейших масличных культур в мире: в 2023 году его общемировой урожай составил около 55 миллионов тонн. Поскольку подсолнечник - гибридная культура, для улучшения его свойств требуется создание инбридинговых родительских линий, на что обычно уходит шесть лет путем многократного самоопыления.
В новом исследовании, опубликованном в Nature, ученые показывают, как подсолнечник может образовывать гаплоидные семена без оплодотворения. Команда провела комбинацию генетических, химических и экологических экспериментов, чтобы определить факторы, которые обеспечивают партеногенез и поддерживают масштабируемую систему размножения с двойным гаплоидом.
Исследователи тестировали растения подсолнечника в контролируемых теплицах, вегетационных камерах и полевых условиях, чтобы выявить генетические фоны, способные производить гаплоидные семена без оплодотворения.
Эксперименты включали химическую обработку, ручное и гормональное подавление пыльцы и изменение факторов окружающей среды, таких как интенсивность света и температура. Проточная цитометрия и генетический анализ подтвердили образование гаплоидных семян. Методы культивирования тканей и удвоения хромосом были применены для регенерации фертильных, удвоенных гаплоидных растений.
Образование гаплоидных семян было впервые замечено во время экспериментов с использованием химического ингибитора фосфолипазы на пыльце. Исследователи наблюдали маленькие, сморщенные семена и изначально приписали их воздействию химиката. Более поздние испытания показали, что те же семена формируются даже при полном отсутствии пыльцы, что привело к открытию спонтанного партеногенеза.
Генетический анализ подтвердил, что семена были получены по материнской линии и не имели отцовской ДНК. Партеногенез произошел в нескольких линиях подсолнечника, некоторые из которых давали более 100 гаплоидных семян на цветочную головку. Высокоинтенсивный свет значительно увеличил урожай гаплоидов, в то время как синий или красный свет по отдельности не оказал никакого эффекта.
Пыльца кукурузы в сочетании с бором улучшила гаплоидное образование в определенных генетических фонах. Испытания на прорастание показали 40%-ный уровень успеха в почве.
Визуализация показала, что многие гаплоидные эмбрионы, которые образовались без оплодотворения, имели неправильную форму или несколько осеобразных центров. Каждое семя все еще содержало один эмбрион, но некоторые развивали несколько побегообразных структур после прорастания. Культура тканей использовалась для регенерации здоровых саженцев из этих нетипичных форм.
Удвоение хромосом привело к появлению плодовитых растений, дающих семена, причем некоторые особи давали до 188 семян.
В отличие от большинства цветковых растений, зародыши подсолнечника выживали и прорастали, используя запасы питательных веществ, хранящиеся в семядолях, обходя обычное требование для развития эндосперма. Этот обход требования эндосперма весьма необычен.
Партеногенетическое прорастание гаплоидных семян, культура in vitro, удвоение хромосом и полный удвоенный гаплоидный процесс. Источник: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08798-2.
Открытие партеногенеза у подсолнечника представляет ранее нераспознанный репродуктивный путь в крупной мировой культуре. Исследователи продемонстрировали, что гаплоидные семена могут развиваться без оплодотворения и превращаться в полностью фертильные растения, предлагая более быстрый путь к развитию инбредной линии. Результаты закладывают основу для масштабируемой системы селекции двойных гаплоидов подсолнечника, которая может ускорить улучшение урожая и расширить глобальные возможности селекции.
Источник: Phys.org. Автор: Джастин Джексон.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.
