Junge trifft Mädchen. Junge befruchtet Mädchen. Muster von winzigen Füßen. Das ist die Geschichte der tierischen Leidenschaft. Aber bei blühenden Pflanzen ist das anders. Pollen trifft auf Stigma. Pollen keimen, bilden einen langen Pollenschlauch, der in den Eierstock hineinwächst und zwei Samenzellen in den weiblichen Gametophyten freisetzt. Und da wird es interessant.
Eine Samenzelle befruchtet die Gametozyten, um den Embryo zu bilden – eine neue Babypflanze. Die andere verschmilzt mit einer anderen Zelle, um einen triploiden Kern zu bilden, der sich zum Endosperm entwickelt, einem nährstoffreichen Gewebe, das den sich entwickelnden Embryo ernährt. Dieser Vorgang wird aufgerufen doppelte Befruchtung, und auf diese Weise bilden alle blühenden Pflanzen Samen. Es ist eine komplizierte Art, Sex zu haben, aber es scheint bei Angiospermen zu funktionieren. Zumindest seit mehr als 200 Millionen Jahren. Aber was ist, wenn es schief geht?
Während der Bestäubung und des Pollenschlauchwachstums sind die männlichen Gametophyten Umweltstress und Mutagenen wie ultraviolettem Licht und ionisierender Strahlung ausgesetzt. Was passiert, wenn sie beschädigt sind? Kann ihre DNA repariert werden?
Um das herauszufinden, verwendeten die Forscher einen Kohlenstoffionenstrahl, um den zweizelligen Pollen von zu bestrahlen Cyrtanthus mackenii und induzieren Doppelstrangbrüche in der DNA. Die verwendete Strahlendosis hatte keine hemmende Wirkung auf das Wachstum der Pollenschläuche, aber der Zellzyklus der bestrahlten Pollenkörner wurde im Metaphasenschritt angehalten. Die gute Nachricht war jedoch, dass Doppelstrang-DNA-Brüche in den beschädigten Pollen repariert werden konnten. Dies ist wichtig, wenn starkes Sonnenlicht auf Pollenkörner scheint, die auf der Oberfläche von Staubbeuteln, dem Rücken von Bienen oder während der Keimung auf einer Narbe sitzen. Das ist einer der Gründe, warum Blütenpflanzen es in den letzten 200 Millionen Jahren erfolgreich geschafft haben. Und jetzt wissen wir etwas mehr darüber, wie dieser wichtige Reparaturprozess funktioniert.
Abstract:
Männliche Gametophyten von Pflanzen sind während des doppelten Befruchtungsprozesses Umweltstress und mutagenen Wirkstoffen ausgesetzt und müssen daher den DNA-Schaden reparieren, um die genomische Information an die nächste Generation weiterzugeben. Die DNA-Schadensreaktion bei männlichen Gameten ist jedoch noch unklar. In der vorliegenden Studie haben wir die Reaktion auf DNA-Schäden in den generativen Zellen von Cyrtanthus mackenii während des Pollenschlauchwachstums analysiert. Ein Kohlenstoffionenstrahl, der DNA-Doppelstrangbrüche (DSBs) induzieren kann, wurde verwendet, um die zweizelligen Pollen zu bestrahlen, und dann wurden die bestrahlten Pollenkörner in einem flüssigen Kulturmedium kultiviert. Die männlichen Gameten wurden aus den kultivierten Pollenschläuchen isoliert und für die Immunfluoreszenzanalyse verwendet. Obwohl nach der Bestrahlung keine hemmenden Wirkungen auf das Wachstum der Pollenschläuche beobachtet wurden, nahm die Spermienbildung nach der hochdosierten Bestrahlung signifikant ab. Nach hochdosierter Bestrahlung wurde die Zellzyklusprogression generativer Zellen in der Pollenmitose II in der Metaphase angehalten, und phosphorylierte H2AX (γH2AX)-Herde, ein Indikator für DSBs, wurden in der Mehrzahl der angehaltenen Zellen nachgewiesen. Diese Herde wurden jedoch nicht in Zellen nachgewiesen, die die Metaphase überschritten hatten. Das Fortschreiten des Zellzyklus in bestrahlten generativen Zellen wird durch den Kontrollpunkt der Spindelmontage reguliert, und die Modifikation der Histone, die die DSBs umgeben, wurde bestätigt. Diese Ergebnisse zeigen, dass generative Zellen während des Pollenschlauchwachstums genomische Läsionen erkennen und verwalten können, indem sie DNA-Schadensreaktionswege verwenden. Darüber hinaus nahm die Anzahl der generativen Zellen mit γH2AX-Foci mit der Kulturverlängerung ab, was darauf hindeutet, dass die DSBs in den generativen Zellen repariert werden.
