Растения обмениваются генетическими посылками - «Наука»

Растительные клетки в месте прививки передают друг другу ДНК из ядер и хлоропластов.

Хлоропласты в клетках папоротника. (Фото: Carolina Biological Supply Company / Flickr.com) 

Открыть в полном размере

Когда садоводы делают прививку, это значит, что часть одного растения пересаживают на другое. То растение, которое прививают, называют привой; то, к которому прививают – подвой. У прививок есть много разных вариантов, но в любом случае их делают, чтобы получить растение, которое объединяло бы полезные свойства привоя и подвоя. Например, побег культурного сорта прививают к дикой разновидности: от культурного растения будут вкусные плоды, а от дикого – устойчивость к заболеваниям, холодам и пр.

Но как так получается, что после прививки появляются новые свойства? Очевидно, растения – то есть привой и подвой – обмениваются какими-то сигналами, какими-то молекулами. Ещё в 2009 году сотрудники Института молекулярной физиологии растений Общества Макса Планка обнаружили, что прививаемые растения табака обмениваются ДНК. Однако до сих пор не было понятно, что это за ДНК.

Обычно мы говорим о той ДНК, которая хранится в клеточном ядре. Но у клетки есть органеллы со своей собственной ДНК – хлоропласты и митохондрии. Хлоропласты – клеточные органеллы, отвечающие за фотосинтез, митохондрии – органеллы, дающие клетке энергию. Их ДНК кодирует некоторые белки, необходимые для фотосинтетических и энергетических реакций. В статье в Science Advances говорится, что растения могут обмениваться друг с другом и той ДНК, которая содержится в хлоропластах, и той, которая хранится в ядре.

В экспериментах использовали модифицированные растения табака, которым в геном вводили разные флуоресцентные белки, включавшиеся при воздействии разных антибиотиков. Одно растение получало ген белка в ядерную ДНК. Когда в клетки приходил антибиотик, ген флуоресцентного белка активировался, и клетка начинала светиться. Другое растение получало ген другого флуоресцентного белка в ДНК хлоропластов – этот ген включался от другого антибиотика.

Когда оба модифицированных табака прививали друг к другу, их клетки начинали светиться, причём в ответ на оба антибиотика. Это значит, что привой и подвой обменивались как хлоропластной ДНК, так и ядерной. В клетках появлялись органеллы, похожие на обычные хлоропласты, только заметно мельче. Двигаясь, как амёбы, уменьшенные хлоропласты подползали к порам в клеточных стенках и переходили из одной клетки в другую.

Исследователи полагают, что повреждения растительных тканей, неизбежные при прививках, заставляют клетки формировать специальные межклеточные контакты и специальные хлоропластоподобные органеллы, которые служат генетическими посылками. Правда, остаётся непонятным, как именно клетки обмениваются ядерной ДНК. Возможно, её увлекают с собой эти мелкие органеллы, которые переползают из клетки в клетку. Но что именно там происходит, ещё предстоит выяснить. Возможно, в перспективе мы сможем научиться управлять переносом генов при прививках, чтобы усиливать или ослаблять те или иные свойства растений.

Автор: Кирилл Стасевич