Исследователи идентифицировали пептиды, способствующие росту пыльцевых трубок риса

Jul 11, 2023

10 августа 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

корректура

Пусанский национальный университет

Двойное оплодотворение — сложный механизм у цветковых растений, при котором две спермии сливаются с зародышевым мешком. Для этого пыльца, выпущенная из пыльников, должна взаимодействовать с рыльцем растения, увлажняться и прорастать в пыльцевые трубки. Таким образом, прорастание и удлинение пыльцевых трубок имеют решающее значение для двойного оплодотворения, что, в свою очередь, влияет на урожай зерна сельскохозяйственных растений.

Процесс оплодотворения требует пептидных гормонов, называемых факторами быстрого подщелачивания (RALF), которые участвуют в передаче сигнала. Исследования показали, что RALF играют важную роль в росте пыльцевых трубок. Однако их роль в однодольных растениях, таких как рис, остается неизученной.

Теперь группа исследователей из Кореи под руководством доцента Ю-Джин Кима с кафедры биологических наук и биохимии окружающей среды Пусанского национального университета, в том числе аспиранта Юи-Юнг Кима из Университета Кёнхи, идентифицировала и охарактеризовала два пептида RALF в рисе (Oryza sativa). Их исследование было опубликовано в Интернете в Журнале интегративной биологии растений.

Команда проанализировала белковые последовательности из базы данных проекта аннотации генома риса и идентифицировала 41 ген RALF. Среди них OsRALF17 и OsRALF19 экспрессировались в больших количествах в пыльце и пыльцевых трубках, в частности. Исследователи охарактеризовали соответствующие пептиды, используя систему множественных кластерных регулярно расположенных палиндромных повторов (CRISPR)/CRISPR-ассоциированного белка 9 (Cas9).

Они создали нокаутные мутанты, у которых один или оба специфичных для пыльцы генов RALF не экспрессировались. Отсутствие экспрессии OsRALF17 и OsRALF19 вызывало почти полную мужскую стерильность риса с дефектами гидратации пыльцы, прорастания и роста трубочек, что указывает на их решающую важность в мужском размножении и производстве семян. Интересно, что когда синтетические пептиды OsRALF17 и OsRALF19 экзогенно применялись к нокаутным мутантам, они устраняли некоторые из их дефектов фертильности.

Объясняя реальное применение RALF, доктор Ким говорит: «Пептиды RALF могут контролировать оплодотворение растений, действуя как естественные химические гормоны и биоконтроллеры».

Чтобы проверить потенциал экзогенных OsRALF в качестве биоконтроллеров, команда добавила два пептида в низких концентрациях к нормальным растениям риса, что усилило удлинение пыльцевой трубки. Кроме того, эффект, по-видимому, зависел от дозы, поскольку OsRALF подавляли прорастание и рост пыльцевых трубок при более высоких концентрациях. Таким образом, OsRALF может контролировать баланс роста трубок.

Наконец, исследователи провели транскриптомные и протеомные эксперименты, чтобы понять механизм действия OsRALF17 и OsRALF19. Они обнаружили, что оба пептида связываются с белком-рецептором под названием Oryza sativa с дефектом переноса мужского гена 2 (OsMTD2) и передают сигналы через активные формы кислорода, что способствует прорастанию пыльцевых трубок и поддерживает целостность риса.

Это исследование дает новое представление о роли RALF и OsMTD2 в удобрении растений риса, потенциально принося пользу сельскому хозяйству. «Рис является одной из наиболее важных продовольственных культур, а глобальное изменение климата требует новых генных ресурсов и сортов для повышения урожайности. Поскольку для разработки новых сортов требуются линии с мужской стерильностью, контроль мужской фертильности с помощью пептидов RALF или мутантных линий RALF может быть полезен для Кроме того, полезные генные ресурсы риса могут быть применены к другим сельскохозяйственным растениям», — заключает доктор Ким.