Открытие в селекции растений может привести к созданию новых сельскохозяйственных культур

Заведующая кафедрой биохимии и молекулярной биологии Массачусетского университета в Амхерсте Элис Чун. Автор: University of Massachusetts Amherst

Одна из величайших загадок в биологии растений заключается в том, как, учитывая облака пыльцы, выпускаемые десятками видов растений одновременно, отдельное растение может распознать, пыльцевые зерна какого конкретного вида вызовут оплодотворение, а какие следует отвергнуть. Мы на шаг приблизились к разгадке этой тайны благодаря исследованию, недавно опубликованному в журнале Science международной командой из Массачусетского университета в Амхерсте и Китайского аграрного университета Шаньдуна.

Многие цветковые растения развили так называемую «самонесовместимость» — неспособность скрещиваться с собой и близкородственными особями. Таким образом растение избегает проблем инбридинга. Но что насчет пыльцы от видов, которые являются более дальними родственниками, но все же в пределах одного семейства?

Элис Чун из Массачусетского университета в Амхерсте, заведующая кафедрой биохимии и молекулярной биологии и один из старших авторов статьи, была ключевым членом команды, которая использовала семейство растений Brassicaceae (к которому относятся капуста, брокколи, кале, репа, масличная культура рапс и другие распространенные овощи) для изучения плохо понятного механизма «межвидовой несовместимости» (interspecific incompatibility, ISI). Именно этот механизм не позволяет пыльце брокколи оплодотворить кале и произвести гибридный вид — нечто вроде «кале-брокколи».

Проблема в том, что скрещивание между отдаленными родственниками для создания новых видов с улучшенными или более широкими характеристиками полезно для сельскохозяйственных культур и, следовательно, для продовольственной безопасности.

Молекулярные механизмы ISI, к сожалению, остаются «во многом черным ящиком по сравнению с тем, что мы знаем о системах самонесовместимости и их механизмах», — говорит Чун.

Эффективная стратегия отдаленной селекции B. rapa. Автор: Science (2025). DOI: 10.1126/science.ady2347

Чун и ее коллеги значительно продвинулись в понимании того, как работает ISI в текущем исследовании, и даже предложили стратегию для скрещивания отдаленно родственных видов внутри семейства Brassicaceae.

Прорыв команды связан с тем, как растения разных видов общаются во время процесса опыления, принимая или отвергая пыльцевые зерна. Белок под названием SRK, ключевой белок, известный своим контролем самонесовместимости в рыльце Brassica (верхушке пестика, которая представляет собой поверхность приема пыльцы женского репродуктивного органа), распознает определенный химический сигнал, называемый SIPS, на пыльце от другого вида Brassica, например, от модельного растения Arabidopsis, которую он хочет отвергнуть. Но это только половина истории.

Пара SIPS-SRK затем привлекает другой фермент, ФЕРОНИЮ (FERONIA), в изучении которого как Чун, так и со-старший автор Цяохун Дуань из Китайского аграрного университета Шаньдуна имеют долгую историю. Взаимодействие FERONIA/SIPS-SRK затем создает высокореактивное химическое вещество, известное как АФК (активные формы кислорода, ROS), которое по сути блокирует проникновение пыльцы в пестик.

Кроме того, Чун и ее коллеги предлагают стратегию селекции для преодоления несовместимости пыльцы Brassica, которая может ускорить успех в скрещиваниях между отдаленно родственными видами в пределах одного семейства.

Больше информации: Yunyun Cao et al, Pan-family pollen signals control an interspecific stigma barrier across Brassicaceae species, Science (2025). DOI: 10.1126/science.ady2347

Источник: University of Massachusetts Amherst