_ Tuburile de polen răsucite induc infertilitate la plantele cu seturi multiple de cromozomi

Cele mai multe mamifere și oameni au un set dublu de cromozomi – și, de regulă, plantele au și ele: un set provine de la tată, celălalt de la mamă. Astfel de organisme se numesc diploide. Cu toate acestea, uneori, numărul de seturi de cromozomi se dublează de la o generație la alta: un organism diploid devine brusc un tetraploid - adică are patru seturi de cromozomi.

Spre deosebire de oameni, unde genoamele multiple sunt de obicei fatale. , poliploidia poate avea avantaje pentru plantele afectate. Plantele cu genomi multipli se adaptează mai bine mediului și sunt tolerante la sare sau rezistente la secetă. În plus, adesea produc semințe sau fructe mai mari și au ca rezultat randamente mai mari — caracteristici promițătoare pentru culturile viitorului.

Dar există un singur lucru: indivizii poliploizi nou formați ai unei specii de plante sunt de obicei complet sau aproape complet steril și nu poate fi propagat cu ușurință. Motivul pentru care aceste plante sunt infertile nu este încă pe deplin înțeles.

Kirsten Bomblies, profesor ETH de genetică evolutivă a plantelor moleculare, și echipa ei au descoperit acum un mecanism nerecunoscut anterior pentru reducerea fertilității la poliploide. Într-un studiu recent, publicat în Science, cercetătorii arată că tubul de polen nu crește corespunzător la plantele poliploide nou formate.

În mod normal, un grăunte de polen care se lipește de stigmatizarea unei flori în timpul polenizării germinează în un tub lung care crește drept și neramificat prin ovar până la ovule, unde are loc fertilizarea.

Cercetătorii ETH au observat că la plantele poliploide nou formate, tubul polen nu crește drept și nici nu este suficient de lungă. „În experimentele noastre, am observat tot felul de forme”, spune Bomblies. „Aceste tuburi de polen puteau fi strâmbe, ramificate, scurte, chiar sparte – dar niciunul nu a ajuns la destinație”. Aceasta înseamnă că gameții masculini, care se află la vârful tubului polen, nu pot fuziona cu celulele ouă ale plantei.

Bomblyes și colegii ei au investigat acest fenomen în cresonul de nisip (Arabidopsis arenosa). Două tipuri de această floare sălbatică apar în natură: unul cu un set dublu (ca noi) și unul cu un set cvadruplu de cromozomi. Cresonele tetraploide au reușit să depășească dezavantajul duplicării genomului și se pot stabili în populații independente.

În studiile anterioare ale unor astfel de populații de creson tetraploide de nisip, cercetătorii au identificat gene asociate cu fertilitatea plantei pentru care variante noi au evoluat la tetraploizi. Acum, în acest studiu, au lucrat înapoi de la aceste gene pentru a-și da seama ce trăsături le produc. Acest lucru este în contrast cu abordarea mai comună în genetica evolutivă, în care cercetătorii încep cu o trăsătură (fenotip) și încearcă să identifice genele care o cauzează.

Căutarea genetică inversă a arătat cercetătorilor ETH că cele două genele controlează creșterea tubului polen. Mai mult decât atât, în populațiile tetraploide stabilite de nisip-creson, genele în cauză sunt adesea ușor diferite de versiunile găsite la indivizii diploizi. „Cu alte cuvinte, evoluția a găsit o modalitate de a varia minim cele două gene în așa fel încât indivizii tetraploizi să fie fertili”, spune Bomblies.

Oamenii de știință nu au dezvăluit încă toate secretele referitoare la infertilitatea noilor persoane. au format poliploizi. „În prezent investigăm alte gene candidate care sunt, de asemenea, implicate în creșterea tubului de polen”, spune Bomblies.

Încă nu a fost investigat dacă noile descoperiri pot fi aplicate la ameliorarea plantelor. Cu toate acestea, cele două gene sunt „foarte conservate”. Aceasta înseamnă că au fost păstrate de-a lungul istoriei evolutive a unui organism și pot fi găsite la diferite specii.

Bomblyes consideră astfel că ar fi posibil să transfere cele două gene nisip rock-cres la alte specii. Ea lucrează în prezent la asta cu grupul ei: cercetătorii testează dacă pot transfera cele două gene în cresonul thale (Arabidopsis thaliana), o rudă apropiată a cresonului de nisip. „Dacă reușim să transferăm construcția genei către o altă specie, s-ar putea deschide niște posibilități interesante de reproducere a culturilor noi”, spune ea.

(Fluierul)