Генетикам удалось сделать открытие, которое, без преувеличения, потенциально может взорвать систему сельского хозяйства во всем мире. Они нашли ДНК-механизм, который мешает растениям размножаться бесполым путем.
Одно из заветных желаний генетиков и селекционеров (а еще больше -- фермеров) -- создать культурные растения, способные размножаться бесполым путем. Имеется в виду не вегетативное размножение, а апомиксис – то же самое, что и партеногенез у животных. Дело в том, что, несмотря на все преимущества полового размножения (при этом способе происходит трансформация генетического материала, а значит, и более успешная адаптация к меняющимся условиям среды), для сельского хозяйства это дорогое удовольствие. На покупку семян определенного сорта владельцы сельскохозяйственных угодий ежегодно тратят огромное количество денег. А получать семена самим тоже не выход, поскольку они отличаются от своих «родителей», причем не всегда в лучшую сторону. Именно поэтому каждый раз для выращивания культур нужно закупать семена, полученные путем целенаправленного скрещивания.
Проблему можно решить только одним способом, считают ученые, – заставить растения перейти на бесполое размножение. Ведь тогда генотип семян будет полностью совпадать с генотипом материнского растения. Звучит, действительно, очень заманчиво. Только вот реализовать эту идею оказалось очень непростой задачей. Группе ученых вместе с профессором Жаном Филиппом Виелле-Салзада (Jean-Philippe Vielle-Calzada) из Национального политехнического института в Ирапуато (Мексика) удалось приблизиться к заветной цели. В модельном виде -- резуховидке Таля -- ученые нашли группу белков Argonaute 9, которые выключали гены, ответственные за бесполое размножение.
Без секса
При половом размножении образуются мужские и женские половые клетки – гаметы, имеющие гаплоидный набор хромосом. При слиянии гамет формируется диплоидное живое существо. Некоторые виды растений могут размножаться и бесполым способом. По словам авторов, таких растений довольно много – всего 350 семейств. При бесполом размножении (апомиксисе) женские половые клетки (яйцеклетки) развиваются без оплодотворения. В семяпочке формируются семена – клоны материнского организма, содержащие тот же набор генов.
Правда, к сожалению, практически все культурные растения придерживаются полового способа. И профессор Виелле-Салзада поставил перед собой задачу – заставить растение, которое размножается половым способом (резуховидку Таля), размножиться путем бесполым: «Мы хотели вызвать апомиксис у видов, которые не практикуют его», -- говорит профессор.
Группа Аргонавтов
Под прицелом ученых оказалась крошечная семяпочка, производящая одну женскую половую клетку -- гамету, которая после оплодотворения превращается в семя. Профессор выяснил, какие гены активны в женских гаметах. Особенно ученых заинтересовала группа Argonaute 9. Вообще-то эти белки – активные компоненты комплекса, выключающего определенные гены. «Изучить этот комплекс у Arabidopsis thaliana было особенно интересно, ведь в этом растении мы обнаружили его впервые», -- говорит профессор.
Затем ученые немного модифицировали этот комплекс и посмотрели, как же будет вести себя семяпочка. Вместо того чтобы производить одну гамету, она стала выпускать несколько гамет. Эти гаметы отличались необычным свойством – они имели диплоидный набор хромосом, то есть несли всю генетическую информацию о материнском растении.
«Скорее всего, комплекс Argonaute 9 не дает резуховидке Таля пойти по пути бесполого размножения. Возможно, что у растений сохранилась древняя память, и возможно даже, что все растения потенциально могут размножаться путем апомиксиса, только вот Argonaute 9 препятствует этому», -- говорит профессор Виелле-Салзада.
Ученым удалось продвинуться еще дальше и выяснить, какие именно компоненты Argonaute 9 препятствуют половому процессу. Ими оказались транспозоны – последовательности ДНК, двигающиеся внутри генома, которые встраиваются в определенные участки и вызывают мутации.
Правда, несмотря на явный прогресс, все же ученым не удалось получить арабидопсис, который практиковал бы непорочное зачатие. «Мы выяснили, что происходит на начальном этапе. Теперь нам нужно понять, как полностью работает этот механизм, препятствующий бесполому размножению», -- говорят авторы работы.
Статья с результатами исследований ученых опубликована в последнем номере журнала Nature.
