Bătălia genetică a sexelor se desfășoară în cukes și pepeni

Două noi perspective genetice ar putea face sexul plantelor mai convenabil pentru oamenii care le cresc și le mănâncă.

Genele care împiedică o plantă să se fertilizeze pot fi transferate cu succes de la o specie la alta printr-un decalaj evolutiv neașteptat de mare, spune Noni Franklin-Tong de la Universitatea din Birmingham din Anglia. Iar cercetările pe pepeni și castraveți arată cum interacțiunea a trei gene principale controlează schimbările dintre înflorirea unisexuală și cea bisexuală, spune Abdelhafid Bendahmane de la laboratoarele agricole naționale franceze INRA din Évry.

Noile ziare, ambele din 6 noiembrie Ştiinţă, ascuțiți înțelegerea controlului plantelor asupra modului în care organele sexuale se dezvoltă și funcționează în florile individuale. Chiar dacă diagramele manuale arată părți ale florilor masculine și feminine strânse într-o singură floare, plantele variază enorm în ceea ce privește sexul și înflorirea, cu implicații importante pentru agricultură. Pentru anumite culturi, oamenii acum emasculează floare după înflorire manual pentru a se asigura că semințele vor fi adevărați hibrizi în loc de descendenți autofertilizați, de exemplu. Modificarea genelor care ghidează întâlnirile sexuale cu plantele ar putea ușura producția de semințe hibride, spune Franklin-Tong.

De aproximativ trei decenii, ea a lucrat cu sălbăticia Papaver rhoeas, un program de comemorare a soldaților care au murit în Primul Război Mondial. Macul are un sistem robust de auto-incompatibilitate încorporat în florile sale, care implică compararea versiunilor lui și ale ei ale unei anumite proteine. Dacă versiunea polenului (masculin) a proteinei se potrivește cu locurile receptive de pe stigma feminină a florii – indicând faptul că ambele proteine ​​provin probabil de la aceeași plantă – țesutul feminin semnalează polenului să se sinucidă celulele și nu se formează semințe.

Cel puțin alte două protocoale de auto-incompatibilitate au evoluat printre plante. Auto-castitatea pentru flori reduce riscurile de consangvinizare, care poate diminua vigoarea urmașilor. Dar incompatibilitatea sporită crește riscul ca o înflorire să nu găsească suficient polen potrivit pentru a produce cât mai multe semințe.

Franklin-Tong și colegii au decis să încerce să convingă sistemul de auto-castitate al macului să lucreze într-un grup de plante cu un protocol foarte diferit. Curiozitatea simplă, sau „un pic de prostie nebună”, după cum spune ea, a inspirat încercarea de a transfera autoincompatibilitatea macului în familia muștarului. Arabidopsis thaliana.

Micuța cu flori albe Arabidopsis, popular în laboratoare, nu are propriul sistem de auto-incompatibilitate și de fapt se poate autofertiliza. Dar rudele din familia muștarului folosesc un sistem asemănător cu macul. Acest sistem blochează semințele de selfie cu chimie celulară diferită și plasează site-ul receptiv de verificare a identității pe părțile masculine în loc de părțile feminine.

De-a lungul mai multor ani, echipa a obținut țesut atât masculin, cât și feminin A. thaliana pentru a activa genele transferate de la mac. Cercetătorii prezintă acum în sfârșit rezultatele de la plante întregi. Transferul „a funcționat ca un vis”, conchide Franklin-Tong. Așa că, când a întrebat cât timp în urmă s-au despărțit strămoșii macului și muștarului, a fost surprinsă să descopere că s-au despărțit cu mai bine de 140 de milioane de ani în urmă. Piesele genetice transferate au reușit să prevină autofertilizarea într-o plantă foarte diferită.

„Un rezultat important”, spune Spencer Barrett de la Universitatea din Toronto, care a studiat și evoluția sistemelor de auto-incompatibilitate. „Din cunoștințele mele nu s-a mai făcut până acum.”

Desigur, valorificarea unor astfel de soluții în culturi ar fi utilă doar dacă plantele modificate genetic se dovedesc acceptabile pentru oamenii care cumpără recolta, subliniază Bendahmane de la INRA.

Propria sa lucrare despre modul în care florile își controlează sexul ar putea face mai mult decât să reducă nevoia de emasculare a mâinii. Pentru majoritatea culturilor, de la mere la dovlecel, organele feminine cresc în ceea ce este recoltat. Cu cât o plantă poate fi convinsă să facă mai multe flori feminine, cu atât randamentul este mai mare, spune el.

Pe plantele individuale de pepene galben cu care lucrează laboratorul său, flori cu doar organe feminine răsar pe ramurile laterale tinere care se depărtează de coloana principală a viței de vie. În altă parte, florile sunt toate masculine. Acum, laboratorul lui Bendahmane și colegii israelieni au pus la punct modul în care o plantă individuală de pepene orchestrează astfel de diferențe sexuale.

Interacțiunea a trei gene activate sau dezactivate în diferite configurații poate crea varietate, relatează echipa. Pentru o floare de pepene galben, cercetătorii au descoperit că o genă numită CmACS11 se aprinde în celulele purtătoare de sevă din tubulatura floemului plantei care trece prin ramurile laterale. Această genă suprimă o genă macho (CmWIP1) care altfel ar conduce florile acolo să crească bărbat. Și o a treia genă (CmACS-7), activând în organele sexuale feminine emergente ale ramurilor laterale, completează efectul prin suprimarea formării organelor sexuale masculine în înflorirea lor.

În alte părți ale plantei, cu gena go-female ACS11 dezactivată, gena go-male pornește și nu există țesut de organ feminin cu activitate genetică care să prevină organele masculine. Și când o mutație dezactivează a treia genă din trio, florile pot crește bisexuale – cu organe de ambele sexe în interiorul aceleiași flori. Cu genele pentru un sex care le suprimă pe ale celuilalt, „este un război”, spune Bendahmane.

Mijloacele acestor gene sugerează scenarii evolutive pentru modul în care strămoșii plantelor cu o singură configurație de sexe de flori au dat naștere la aranjamente destul de diferite, spune Bendahmane. Și cu siguranță, plantele și-au schimbat aranjamentele de-a lungul eilor de istorie verde. Speciile care acum segregează funcțiile masculine și feminine pe indivizi diferiți, așa cum fac oamenii, tind să aibă ascendență bisexuală. Acum geneticienii sunt puțin mai aproape de a înțelege și de a modifica istoria plantelor.