中外科研團(tuán)隊(duì)揭示被子植物受精過(guò)程關(guān)鍵機(jī)制

中國(guó)教育報(bào)—中國(guó)教育新聞網(wǎng)訊（記者 魏海政 通訊員 王靜）3月19日，《自然》在線發(fā)表了山東農(nóng)業(yè)大學(xué)與美國(guó)馬薩諸塞州立大學(xué)阿默斯特分校共同完成的科研成果，兩?？蒲袌F(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期努力，成功揭示了被子植物阻止多個(gè)花粉管進(jìn)入胚珠的分子機(jī)制。

該論文第一作者、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院教授段巧紅介紹，被子植物的受精過(guò)程是作物種子形成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。已有研究表明，單一花粉管進(jìn)入胚珠后破裂，釋放精細(xì)胞，從而完成雙受精過(guò)程。但是花粉管與胚珠如何相互作用以保證這個(gè)過(guò)程的精確進(jìn)行，還有很多未知。

段巧紅介紹，一般情況下，一個(gè)胚珠只允許一個(gè)花粉管進(jìn)入，以防止遺傳紊亂。團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，多個(gè)花粉管進(jìn)入同一胚珠這一不正?，F(xiàn)象，在擬南芥FERONIA受體激酶的缺失突變體（fer）中很常見(jiàn)。進(jìn)一步研究表明，F(xiàn)ERONIA受體激酶調(diào)控了低甲酯化果膠質(zhì)在絲狀器的積累，進(jìn)而調(diào)控了第一個(gè)花粉管誘導(dǎo)的一氧化氮在絲狀器的積累。一氧化氮對(duì)誘導(dǎo)花粉管進(jìn)入胚珠的誘餌蛋白進(jìn)行亞硝基化修飾，一方面阻止其分泌，另一方面使其失去誘導(dǎo)花粉管的活性，其他花粉管因此不能進(jìn)入這個(gè)“名花有主”的胚珠。而fer突變體胚珠，低甲酯化的果膠質(zhì)及一氧化氮在絲狀器部位的含量都顯著低于野生型胚珠。

據(jù)了解，F(xiàn)ERONIA受體激酶調(diào)控包括植物生長(zhǎng)發(fā)育、響應(yīng)生物及非生物脅迫、及有性生殖等多種生物學(xué)過(guò)程。段巧紅教授之前的研究表明，F(xiàn)ERONIA在調(diào)控花粉管破裂以釋放精細(xì)胞這一過(guò)程中也發(fā)揮重要作用。本次研究成果進(jìn)一步解析了胚珠如何協(xié)調(diào)“花粉管破裂”與“防止多個(gè)花粉管進(jìn)入胚珠”這兩個(gè)不同而又緊密相連的生物學(xué)過(guò)程，為進(jìn)一步研究被子植物受精過(guò)程的調(diào)控機(jī)制提供了重要啟示。

該論文通訊作者、美國(guó)馬薩諸塞州立大學(xué)阿默斯特分校教授Alice Y. Cheung表示，此項(xiàng)研究在分子與生化水平上揭示了被子植物防止多個(gè)花粉管進(jìn)入胚珠的作用機(jī)制，進(jìn)一步解析了植物有性生殖機(jī)理，對(duì)于生殖發(fā)育研究、作物產(chǎn)量提高、保護(hù)稀有物種的種質(zhì)資源等具有重要意義。成果有望應(yīng)用于作物雜交育種以及利用遠(yuǎn)緣雜交育種，在豐富種質(zhì)資源、提升育種品質(zhì)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。