A HUN-REN Agrártudományi Kutatóközpont Mezőgazdasági Intézete (HUN-REN ATK MGI) Genetikai Variabilitás Kutatócsoportjának munkatársai a búza meiózis során fellépő hőstresszérzékenységének okát vizsgálták, ami nagymértékben hozzájárul a terméskieséshez. Kimutatták, hogy már egy rövid ideig ható stressz is képes károsítani a sejt vázfehérjéit és életciklusát, ennek révén pedig tartós elváltozásokat tud okozni a pollen fejlődésében, ami csökkenti a termékenyülést és ezáltal a termésmennyiséget. Hőstresszre toleráns, illetve érzékeny búzafajták génkifejeződési mintázatának vizsgálatával a kutatók feltárták a meiózishoz és a pollenfejlődéshez köthető kulcsgének szerepét az érzékenység kialakulásában, ami remélhetőleg segítséget nyújt a jövő nemesítői számára a hőhullámokat jobban tűrő fajták létrehozásában. Az eredményeket bemutató tanulmány a rangos Frontiers in Plant Science című nemzetközi tudományos lapban jelent meg.
A meiózis az ivaros szaporodás egyik kiindulópontja. Ennek a speciális osztódásnak köszönhetően jönnek létre az ivarsejtek, valamint megtörténik a szülőktől származó genetikai örökség újrarendezése, ezzel biztosítva az utódok kívánatos genetikai változatosságát. Régóta ismert, hogy a meiózis során elszenvedett hőstressz az ivarsejtek számának csökkenéséhez, ezáltal pedig terméskieséshez vezet. Az érzékenység hátterének feltárása érdekében a kutatók egy hőségtűrő és egy érzékeny őszi búzafajta egyedeit tették ki rövid, 24 órás hőstressznek a meiózis kezdetén. Sokféle technikai megközelítéssel tanulmányozták a kontroll- és a hőkezelt pollenanyasejteket, az osztódások során keletkező utódsejteket, valamint a pollen későbbi fejlődését is.
A sejtek szerkezetét nagy felbontású konfokális mikroszkóppal vizsgálva kimutatták, hogy az osztódás során a kromoszómák mozgatásában és az utódsejtek szétválásában fontos szerepet játszó sejtvázrendszer alkotóelemei – a mikrotubulusok és az aktinfonalak – jelentősen sérültek a magas hőmérséklet hatására. Ezek a sérülések különösen a hőségérzékeny fajta esetében voltak láthatók, és a sejtváz tömegének nagymértékű csökkenésével, valamint az utódsejtek változatos rendellenességeivel jártak együtt (1. ábra). Ezzel párhuzamosan az érzékeny fajtában a meiózis egyik ellenőrzési pontjának, az úgynevezett orsó-összeszerelési pontnak (spindle assembly checkpoint) a működése is károsodott. Ennek következtében a kromatidák szétválása már a húzófonalak végleges rögzítése előtt is megindulhatott, így azok egy része nem jutott el a sejtpólusokra, és különálló sejtmagtöredékek, mikronukleuszok jöttek létre (1. ábra).
1. ábra. A hőérzékeny búzafajta mikrospóráira jellemző, stressz okozta rendellenességek. Normális szerkezet (A), háromoldali szimmetria (B, C), szét nem vált utódsejtek (C–E) és egyenlőtlen sejtosztódás (F). A kék szín a sejtmagot (kromatin), a piros a sejtvázat (mikrotubulusok) jelöli. Csillag: sejtmagtöredékek. A jelölő csíkok 5 mikrométernek felelnek meg.
A kutatók szövettani és molekuláris biológiai módszerekkel megerősítették, hogy már egy rövid ideig tartó, érzékeny időszakban alkalmazott hőkezelés is jelentős és hosszú távú negatív hatásokkal jár a pollenfejlődésre. Az érzékeny búzafajta esetében a fiatal pollenszemek táplálását végző belső tapétum sejtréteg fejlődése megváltozott, ami a pollen lelassult fejlődéséhez és a tartalék keményítő csökkent berakódásához vezetett (2. ábra). Ezzel szemben a hőségtűrő fajta pollenfejlődése a stressz hatására nem változott meg lényegesen. A vizsgált strukturális és fejlődési folyamatokkal kapcsolatos gének bioinformatikai elemzése feltárta e két fajta eltérő stresszreakciójának hátterében meghúzódó génkifejeződésbeli különbségeket, így bővítve a lehetséges toleranciagének listáját.
2. ábra. A meiózis idején alkalmazott hőstressz hatása a hőségtűrő (Ellvis) és az érzékeny (Mv 17-09) búzafajták pollenfejlődésére. Csillag: elpusztult sejtek; ep: epitécium; en: endotécium; nyíl: keményítőszemcsék. A jelölő csíkok 50 mikrométernek felelnek meg.