Kornceller bliver seksuelt mangelfuld i ilt • Vera Bashmakova • Videnskabsnyheder om "Elements" • Molekylærbiologi, Botanik

Kornceller bliver seksuelt mangelfuld i ilt

Fig. 1. Corn field. Billede fra Virginia Walbot Lab-webstedet

"Natur eller pleje?" – "Natur eller opdragelse?". Hvad i livet er bestemt af arvelighed, og hvad påvirkes af miljøet? Hvad blev oprindeligt lagt, og hvad kan du forsøge at ændre? Og hvis noget er genetisk bestemt, og noget ændres under indflydelse af miljøet, så hvordan skelner man den ene fra den anden? Dette spørgsmål kan formuleres meget bredt: Hvor meget påvirker genpuljen civilisationens udvikling, og hvor meget påvirker miljøet? Og du kan meget snævert: i hvilken udstrækning er skæbnenes del skæbne bestemt af dets oprindelse, og i hvilket miljø det ligger i? Og hvis et udtømmende svar på det første spørgsmål sandsynligvis aldrig bliver modtaget, blev svaret på et bestemt tilfælde af det andet spørgsmål offentliggjort i det seneste nummer. Videnskab. Amerikanske forskere kunne bevise, at udviklingen af ​​mandlige kimceller i majs ikke er bestemt af arvelighed, men udelukkende af miljøet.

I dyr og planter udvikler kimceller sig på forskellige måder. I dyrorganismen på et meget tidligt stadium af embryonisk udvikling fremkommer en separat cellelinie, hvorfra cellerne gameter senere modnes.Hvis denne linje ødelægges af en eller anden grund, vil kroppen for altid forblive frugtløs. Planter, derimod, har råd til den luksus at producere kønsceller efter behov, allerede i voksenalderen.

Hvorfor bliver planteceller seksuelt – er det fordi de stammede fra nogle specielle "forkøn" forgængere, eller blev de tvunget til at gøre det af miljøet? For at lære dette har Virginia Walbot, en laboratorieleder ved Stanford University og hendes studerende Timothy Kelliher gennemført en grundig undersøgelse af udviklingen af ​​pollen i majsstiftere.

For en begyndelse har forskere observeret, hvordan majsantændere normalt udvikler sig, og hvor der faktisk fjernes kønsceller fra dem. Det er værd at bemærke helten hos forfatterne af arbejdet: De gennemførte næsten alle studierne manuelt og undersøger stifterne på forskellige udviklingsstadier under et konfokalmikroskop. For hele studietiden blev flere tusinde præparater overvejet.

Som følge heraf viste det sig følgende. I de yngste kortnitre findes der grupper af celler, der stammer fra meristemet, det pædagogiske væv, der spiller om den samme rolle i en plante som stamceller hos dyr.Disse celler kan efterfølgende differentiere enten til archesporia (de celler, der giver anledning til pollen) eller til hjælpe somatiske celler. Hver anter består af fire lobulaer, og de arkspirale celler udvikler sig i midten af ​​lobulerne, mens hjælpecellerne omgiver dem fra alle sider (figur 2).

Fig. 2. Diagram over iltens indflydelse på differentiering af celler i majsens stifter. En plade på majskålen (Tassel) bærer stiftere (Anther), som hver består af fire lobber og har en sommerfuglform på tværs af. I udifferentierede anterceller er MSCA1-proteinet til stede, hvilket virker jo mere aktivt desto mindre er det omkring ilt (High MSCA1 aktivitet i hypoxisk miljø). Hvis MSCA1 er aktiv, så forårsager det Early-anterceller at differentiere sig til arkespektorale bakterieceller. Archesporus udskiller på den anden side MAC1-proteinet (MAC1-sekretionen), hvilket får de omgivende celler til at differentiere i hjælpematerialer (parietale støttende celler). Billede fra Clinton Whipple's artikel om emnet Definering af planten Germ Line-Nature eller Nurture? i Videnskab

Hvorfor giver nogle celler af meristem anledning til archesporia, mens andre giver anledning til hjælpeceller? Hvad afhænger det af? Fra arvelighed (arkesporia og hjælpeceller udvikles fra forskellige typer meristemceller) eller fra miljøet (meristemcellerer identiske, og fremtiden for den udviklende celle afhænger kun af dens position: hvis den er i midten, bliver den seksuel, hvis den er i periferien – hjælp)? Og hvis sagen er i miljøet, hvilken faktor af dette miljø bestemmer cellens skæbne?

For at besvare dette spørgsmål har forskere undersøgt mere detaljeret de gener, der er nødvendige for den egentlige udvikling af anteren. Et af disse gener msca1, var af særlig interesse. MSCA1-proteinet kodet af dette gen katalyserer nogle redoxreaktioner og er derfor meget følsomt for ændringer i celleets redoxbalance (eller redoxbalance fra Eng. redox, røduction-oxidation) og indbefatter til niveauet af ilt. Dette førte forskerne til ideen om, at det er redoxbalancen, der afgør, om cellen skal blive seksuel eller forblive somatisk. (I nogle tidligere undersøgelser er betydningen af ​​redoxbalancen i differentieringen af ​​forskellige celletyper i planter blevet vist.)

I majs, panik, hvor der dannes stiftere, er der på tidspunktet for modningen pakket ind i en "kokon" af unge, der endnu ikke fotosyntetiserer, går så tæt, at næsten ingen frisk luft trænger ind i dem; denne kokon udfolder sig på det tidspunkt, hvor støtternerne var modne.På tidspunktet for modning bliver knastrene underkastet hypoxi, og den mindste mængde luft passerer ind i den centrale del af lobulerne, hvor kimcellerne dannes. Det er ifølge forskernes antagelse, at differentieringen af ​​kimceller passerer sådan. Stifterne er i en "tøs" atmosfære (med et lavt oxygenindhold), med mindst ilt til de centrale celler. MSCA1-proteinet, udtrykt i antercellerne opfører sig jo mere aktivt, jo mindre ilt omkring det; hvis den er aktiv nok, bliver cellen en archesporey. Derudover udsender archesporia et særligt protein, MAC1, som får de omgivende celler til at blive hjælpemateriale (figur 2).

Det var fortsat at verificere denne antagelse i praksis.

I første omgang var forskerne overbeviste om, at niveauet af ilt omkring modningsstifterne var meget lavt (det var kun 1,2-1,4%, mens ilt i omgivende luft var ca. 21%). Og bare et par dage senere, da bladene vendte lidt om, var iltniveauet allerede steget til 5%.

Nu var det nødvendigt at bevise, at hypoxi virkelig påvirker udviklingen af ​​stiftere.Forskerne gjorde det simpelt og yndefuldt: de pumpede enten ilt eller kvælstof ind i "coconen" af blade (figur 3) og så på, hvordan dette ville påvirke udviklingen af ​​archesporia.

Fig. 3. Måling af iltniveauet inde i bladet "kokon" rundt om panik med en nåleformet probe (En) og pumper gas der med en slange (B). Billede fra yderligere materialer til den diskuterede artikel af Virginia Walbot og Timothy Kelikher Hypoxia Udløser Meiotisk Skæbneforløb i Majs Videnskab

Som videnskabsmænd havde forventet, med stigende iltniveauer, faldt antallet af archesporia kraftigt, og når det sænkes (når støtrikkerne er i nitrogenatmosfære), stiger tværtimod signifikant (figur 4). I dette og i et andet tilfælde kan archesporia udvikle sig ektopisk – det vil sige ikke, hvor det skal være: I den "oxiderende" atmosfære af højt ilt "kryber de" til midten og fremstår selv i stedet for vaskulatur (vaskulær placeret i selve midten af ​​anteren). ); I "reducerende" nitrogenatmosfæren spredes de tværtimod rundt om periferien og udvikler sig for eksempel i stedet for de yderste epidermale celler. Alt dette bekræfter brilliantly den oprindelige teori om, at det er niveauet af ilt, der bestemmer skæbnen for differentiering af anterceller.

Fig. 4. I den "oxidative" atmosfære af oxygen (oxygen, øverste linje) archesporealceller er meget mindre end i den "reducerende" nitrogenatmosfære (nitrogen, bundlinjen). Tal på toppen Angiv længden af ​​antheren i mikrometer (jo længere anteren er, jo ældre er den). Lilla prikker bemærk de archesporial celler, hvide trekanter – periklinale (parallelle overflader af archesporealceller) divisioner, der er karakteristiske for hjælpeceller. Billede fra diskuteret artikel af Virginia Walbot og Timothy Kellycher Hypoxia udløser Meiotisk skæbneforløb i majs Videnskab

Et andet spørgsmål opstår imidlertid: hvor ofte er mekanismen undersøgt? Faktisk, modner modstandere "skjul" i en bladkokon på ingen måde i alle planter. Hvis andre planter også bruger lavt iltniveau til at differentiere anterceller, skal de kunstigt indrette hypoxi for disse støvler. Hvordan gør de det (og gør de det overhovedet)? Forhåbentlig vil yderligere forskning finde svaret på dette spørgsmål.

kilder:
1) Timothy Kelliher, Virginia Walbot. Hypoxi udløser Meiotisk skæbneforløb i majs // Videnskab. V. 337, s. 345-348.
2) Clinton Whipple. Definere Plant Germ Line-Nature eller Nurture? // Videnskab. V. 337, s. 301-302.

Vera Bashmakova


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: