Процесс двойного оплодотворения покрытосеменных растений открыт Навашиным С. Г. в 1898 году и является ключевым событием в процессе семенной репродукции цветковых растений, что дает начало новому поколению [Raghavan, 2009]. Женскими гаметами, участвующих в оплодотворении, у покрытосеменных являются яйцеклетка, содержащая гаплоидный набор хромосом, и центральная клетка зародышевого мешка, содержащая диплоидный набор хромосом. Мужскими гаметами, участвующих в процессе двойного оплодотворения покрытосеменных растений, является гаплоидные клетки-спермии, доставляемые в зародышевый мешок пыльцевой трубкой. Слияние одного из спермиев с яйцеклеткой приводит к развитию диплоидного зародыша, а слияния второго спермия с центральной клеткой зародышевого мешка дает толчок развитию триплоидного эндосперма [Marton, 2008]. Как общее явление установлено, что оба спермия одинаково способны оплодотворить яйцеклетку [Faure, 2003].
После того как пыльцевая трубка зашла в зародышевый мешок, она выливает свое содержимое в дегенерирующую синергиду [Higashiyama, 2008; Punwani, 2008]. Процесс дегенерации синергид происходит довольно долгое время и синергиды, а именно нитчатый аппарат, сохраняется еще на стадии проэмбрио [Тюкавин, 2007, Ляпустина, 2009, Подд.-Арнольд., 1964, Цитология и генетика, 1972, Модилевский, 1958, Чеботарь, 1972 ].
Процесс двойного оплодотворения покрытосеменных растений происходит подобно у всех видов злаков. Различие состоит в разнообразии типов, форм, размеров и строения половых клеток [Батыгина, 1987]. Оплодотворение яйцеклетки опережает оплодотворение центральной клетки для хорошо изученных растительных моделей Arabidopsis среди двудольных и кукурузы среди однодольных [Faure, 2002, Mol, 1994]. Темпы прохождения сингамии и тройного слияния разные. Тройное слияние происходит почти в два раза быстрее [Батыгина, 1987, Тюкавин, 2007].
Двойное оплодотворение покрытосеменных растений сопровождается активацией яйцеклетки, которая становится метаболически активной [Kranz, 2008]. Этот процесс сопровождается структурными изменениями цитоплазмы, формированием цитоскелета и клеточной стенки. Однако механизмы активации яйцеклетки спермием остаются неизвестными для цветочных растений. Для кукурузы является свидетельство об изменениях микротубулярной организации в оплодотворенной яйцеклетке, вызыванное оплодотворением [Hoshino, 2004]. После слияния гамет (оплодотворение) происходит увеличение концентрации внутриклеточного Ca2+, подобно слиянию животных гамет (Antoine, 2000). При открытии этого явления возник вопрос, о необходимости накопления и / или достаточного количества, что вызвало бы активацию яйцеклетки и инициировало развитие. Т.е. возник вопрос о создании условий двойного оплодотворения. Исследования в культуре in vitro оказались недостаточными для ответа на этот вопрос. Поэтому применялись дополнительные меры, а именно молекулярные исследования кДНК библиотек полученных из изолированных гамет (Engel, 1995) и зигот (Dresselhaus, 1999), исследования Arabidopsis как образцовой системы (Faure, 2002; Rotman, 2003) и поиск мутантов. Но увеличение искусственного притока внутриклеточного Ca2+ не достаточно, чтобы вызвать партеногенез на растении (Antoine, 2001). Обычно стресс не связан с зиготическим развитием зародыша, но увеличение синтеза этилена и эндогенного уровня ауксина наблюдается и способствует эмбриогенезу (Ribnicky, 2002; Mol, 2004).
Главные белки в высоко дифференцированных клетках являются отражением биологической функции клеток. В зависимости от типа клеток, клеточный состав белков разный. Яйцеклетка, спермии и зигота — это высоко дифференцированные клетки, идентификация их главных белковых компонентов может дать информацию о механизмах гаметогенеза, двойного оплодотворения покрытосеменных растений и раннего эмбриогенеза цветковых растений [Kranz, 2008]. Установлено, что специфический белок Generative cell specific 1 (GCS1), который находится в клеточной мембране мужских гамет — спермиев, является обязательным условием для двойного оплодотворения покрытосеменных растений, так как влияет на направление взаимодействия гамет (Mori, 2006). У кукурузы отмечается присутствие высокого уровня annexinp35 в яйцеклетке (Okamoto, 2004), который может влиять на образование клеточной стенки у оплодотворенной яйцеклетки, которая в свою очередь стимулируется увеличением уровня Ca2+ во время оплодотворения (Antoine, 2001). Образование клеточной стенки в яйцеклетке сразу после оплодотворения является одним из механизмов предупреждения попадания в яйцеклетку более одного спермия и выступает защитным каркасом для развития зиготы (Spielman, 2008; Kranz, 2008). FIS-PRC2 комплекс поддерживает репрессию генов, задействованных в клеточной пролиферации репродуктивного развития (Kohler, 2002; Guitton, 2005-с Curtus, 2008).
Дальнейшее выяснение роли белков с функцией содействия слиянию гамет и условий двойного оплодотворения вообще может быть развито в ходе исследования оплодотворения in vitro [Kranz, 2008].
На фото билатеральный срез зерновки кукурузы на 8-9 сутки после опыления.
Автор статьи и фото в статье: Ляпустина Е.В.