En grupp forskare från Nagoya University i Japan har använt en specialiserad mikroskopisk teknik för att observera den interna reproduktionsprocessen hos Arabidopsis-växten. Deras resultat, publicerade i EMBO Reports , avslöjar mekanismen bakom en honblomma som selektivt attraherar en enda manlig motsvarighet. Dessa resultat ger insikter som kan hjälpa till att optimera fröproduktionen och förbättra jordbruksförädlingsmetoder.

Angiospermer, vanligtvis kallade blommande växter, har manliga och kvinnliga reproduktionsorgan. När ett pollenkorn som transporterar manliga könsceller i växtförökningsprocessen landar på en annan blommas stigma, initierar det bildandet av ett pollenrör. Röret sträcker sig genom stilen och in i äggstocken, vilket gör att spermieceller kan nå ägget och centrala celler i ett ägg för befruktning.

För att bättre förstå denna process skapade forskarna en unik mikroskopisk teknik med hjälp av ett tvåfotonmikroskop. Enligt huvudförfattaren, Yoko Mizuta, var den treåriga insatsen som en resa. "Det innebar känsliga provhanteringstekniker och optimering av förhållanden, såsom excitationsvåglängder, för att uppnå djupavbildning av blommor", förklarade hon.

Med hjälp av sin teknik kunde teamet för första gången observera förlängningen av flera pollenrör i en levande pistill och deras unika attraktion till kvinnlig vävnad. Detta gjorde det möjligt för dem att identifiera en signal som sänds ut av moderns vävnad som attraherar pollenrör genom att leda dem att förlänga längs ståndarvävnaden och nå platsen för befruktning. Detta är signalen som möjliggör exakt hantering av en-till-en-pollenrörsstyrning.

En-till-en guidning av pollenrör är en kritisk process i växtreproduktion som involverar exakt navigering av pollenrör till individuella ägglossningar. Denna mekanism säkerställer framgångsrik befruktning av angiospermer genom att underlätta den specifika kopplingen mellan ägglossning och individuella pollenrör.

Förutom signalen som främjar attraktion mellan individer, blev Mizuta och hennes kollegor också förvånade över att hitta en avstötningssignal. Denna signal sändes ut när ett pollenrör attraherades, vilket avskräckte ytterligare attraktion av ytterligare pollenrör. Förutom den 45-minuters blockeringsprocessen som förhindrar flera spermier från att befrukta samma ägglossning, riktar en avstötningssignal också avvisade friare mot andra oparade ägglossningar.

"Jag tycker att avstötningssystemet är fascinerande," sa Mizuta. "De celler som genererar attraktionssystemet är mestadels synergidceller, medan cellerna som genererar avstötningssystemet inkluderar flera typer som somatiska och gametofytiska celler på flerstegsnivåer. Jag tycker att det är väldigt intressant att alla kopplingar involverar denna mekanism för attrahering och avstötning. "

Ytterligare analys visade komplexiteten i en-till-en-pollenrörsvägledningsprocessen, och avslöjade en intrikat regleringsmekanism som kräver inblandning av olika celler i både han- och honväxter. Denna exakta reglering säkerställer framgångsrik gödsling och effektiv fröproduktion, särskilt under utmanande miljöförhållanden.

Mizuta betonade vikten av denna mekanism för att maximera fröproduktionen. "Genom att exakt orkestrera beteendet hos pollenrör har växter utvecklat en mekanism för att säkerställa framgångsrik befruktning och effektiv fröproduktion på torr mark med ett begränsat antal friare", påpekade hon.

Denna forskning ger värdefull information om hur växter reproducerar sig och har potential att gynna jordbruksförädling genom att öka fröproduktionen och förbättra grobarheten.

Mer information: Djup avbildning avslöjar dynamik och signalering i en-till-en-pollenrörledning, EMBO-rapporter (2024). DOI:10.1038/s44319-024-00151-4

Journalinformation: EMBO-rapporter

Tillhandahålls av Institute of Transformative Bio-Molecules (ITbM), Nagoya University