Клетки растений могут обмениваться органеллами

«Раньше не было возможности рационально объяснить перенос целого генома, в противном случае мы бы наблюдали генетическую рекомбинацию между входящим и принимающим геномами", - говорит Пал Малига, ботаник из Ратгерского университета, который не участвовал в работе.

«В составе клеток растений есть пластиды (органеллы, в состав которых входят хлоропласты), а также митохондрии и ядро, которые содержат генетический материал. Поэтому исследователи сделали вывод, что геномы движутся через органеллы, и это является ярким примером горизонтального переноса генов» - объясняет Малига.

Команда под руководством Ральфа Бока и Александра Хертла из Института молекулярной физиологии растений имени Макса Планка показала в исследовании, опубликованном в 2009 году, что привитые растения табака могут иметь общие геномы.
Горизонтальный перенос генов (явление передачи генетического материала от одного организма к другому, исключая оплодотворение) влияет на эволюцию растений на различных уровнях, включая совместное использование полезных генов, но перемещение целых геномов менее распространено и непонятно.

В то время как ранние исследования намекали, что перенесенная ДНК, вероятно, происходила из геномов, содержащихся в движущихся органеллах, ученые не могли быть уверены в том, что чистая ДНК не распределяется большими фрагментами.

В текущем исследовании Ральф Бок с командой, использовали два растения табака, один из которых содержал ген устойчивости к антибиотикам и флуоресцентный репортер в ядерном геноме, а другой штамм с другим геном устойчивости к антибиотикам и флуоресцентным репортером в геноме хлоропласта.
Полученные после прививания растения росли на питательной среде, содержащей оба антибиотика, и производили оба флуоресцентных репортера. Эти результаты совпадали с результатами более ранних исследований, но все же не позволяли ученым различать передачу геномной информации через органеллы или чистую ДНК.

Небольшая пластида (стрелка) перемещается от одной клетки к другой в пределах трансплантата

Чтобы понять это различие, авторы рассекли ткань в месте соединения трансплантата и промаркировали клетки, как живые, так и после фиксации. Были выявлены пластиды около пор в клеточных стенках и места, где цитоплазма одной клетки проникала в другую.

Ученые также обнаружили пластиды, которые были меньше резидентных пластид, и могли перемещаться через поры между клетками. Во время визуализации в реальном времени эти мини-пластиды перемещались амебоидным путем от одной клетки к другой.

Команда также показала, что эти перемещающиеся органеллы содержат ДНК, подтверждая мнение о том, что они могут быть источником геномного переноса.

«Остается открытым вопрос, почему это происходит на самом деле?» говорит Чарльз Мельник, ботаник из Шведского университета сельскохозяйственных наук, который не принимал участия в исследовании.
Авторы рассмотрели перенос генома в контексте прививки, которая вызвана повреждением растений, добавляет он. «Как только растительная клетка повреждается, складывается ощущение, что она меняет свойства своей клеточной стенки, а затем эти изменения приводят к переносу ДНК».

«Возможно, растительные клетки используют горизонтальный перенос генов даже без трансплантата, поэтому нужно проводить исследования дальше, чтобы понять все тонкости этого процесса», - говорит Малига.