Hvordan planter vælger deres kammerater og frastøder andre bejlere

En gruppe videnskabsmænd fra Nagoya Universitet i Japan har brugt en specialiseret mikroskopisk teknik til at observere den interne reproduktionsproces af Arabidopsis-planten. Deres resultater, offentliggjort i EMBO Reports , afslører mekanismen bag en hunblomst, der selektivt tiltrækker en enkelt mandlig modpart. Disse resultater giver indsigt, der kan hjælpe med at optimere frøproduktion og forbedre landbrugspraksis.

Angiospermer, almindeligvis omtalt som blomstrende planter, har mandlige og kvindelige reproduktive organer. Når et pollenkorn, der transporterer mandlige kønsceller, i processen med plantereproduktion lander på en anden blomsts stigma, initierer det dannelsen af ​​et pollenrør. Røret strækker sig gennem stilen og ind i æggestokken, hvilket tillader sædceller at nå ægget og centrale celler i et æg til befrugtning.

For bedre at forstå denne proces, skabte forskerne en unik mikroskopisk teknik ved hjælp af et to-foton mikroskop. Ifølge hovedforfatteren, Yoko Mizuta, var den treårige indsats som en rejse. "Det involverede delikat prøvehåndteringsteknikker og optimering af forhold, såsom excitationsbølgelængder, for at opnå dyb billeddannelse af blomster," forklarede hun.

Ved at bruge deres teknik var holdet i stand til for første gang at observere forlængelsen af ​​flere pollenrør i en levende pistil og deres unikke tiltrækning til kvindeligt væv. Dette gjorde det muligt for dem at identificere et signal, der udsendes af moderens væv, der tiltrækker pollenrør ved at få dem til at forlænges langs støvdragerens væv og nå stedet for befrugtning. Dette er signalet, der muliggør den præcise styring af en-til-en pollenrørføring.

En-til-en-pollenrørsvejledning er en kritisk proces i plantereproduktion, der involverer præcis navigation af pollenrør til individuelle æg. Denne mekanisme sikrer en vellykket befrugtning af angiospermer ved at lette den specifikke kobling mellem æg og individuelle pollenrør.

Ud over signalet, der fremmer tiltrækning mellem individer, blev Mizuta og hendes kolleger også overrasket over at finde et frastødende signal. Dette signal blev udsendt ved tiltrækning af et pollenrør, hvilket modvirkede yderligere tiltrækning af yderligere pollenrør. Ud over den 45-minutters blokeringsproces, der forhindrer flere sædceller i at befrugte det samme æg, dirigerer et afvisningssignal også afviste bejlere mod andre uparrede ægløsninger.

"Jeg finder afvisningssystemet fascinerende," sagde Mizuta. "De celler, der genererer tiltrækningssystemet, er for det meste synergide celler, hvorimod cellerne, der genererer frastødningssystemet, omfatter flere typer såsom somatiske og gametofytiske celler på flertrinsniveauer. Jeg finder det meget interessant, at alle koblinger involverer denne mekanisme til at tiltrække og frastøde. "

Yderligere analyse viste kompleksiteten af ​​en-til-en-pollenrørsvejledningsprocessen, der afslørede en indviklet reguleringsmekanisme, der kræver involvering af forskellige celler i både han- og hunplanter. Denne præcise regulering sikrer vellykket befrugtning og effektiv frøproduktion, især under udfordrende miljøforhold.

Mizuta understregede vigtigheden af ​​denne mekanisme for at maksimere frøproduktionen. "Ved præcis at orkestrere pollenrørs adfærd har planter udviklet en mekanisme til at sikre vellykket befrugtning og effektiv frøproduktion på tørt land med et begrænset antal bejlere," bemærkede hun.

Denne forskning giver værdifuld information om, hvordan planter formerer sig og har potentiale til at gavne landbrugsforædling ved at øge frøproduktionen og forbedre spiringshastigheden.

Flere oplysninger: Dyb billeddannelse afslører dynamik og signalering i en-til-en pollenrørsvejledning, EMBO-rapporter (2024). DOI:10.1038/s44319-024-00151-4

Journaloplysninger: EMBO-rapporter

Leveret af Institute of Transformative Bio-Molecules (ITbM), Nagoya University