中外联合团队揭开植物受精“一夫一妻制”的秘密

科技日报记者 王延斌 通讯员 王静

被子植物的受精过程是作物种子形成的关键。研究表明，单一花粉管进入胚珠后破裂，释放精细胞并与胚珠内卵细胞结合，完成双受精过程（开花植物特有的繁殖方式）。但是花粉管与胚珠如何精准作用以确保“一个胚珠只允许一个花粉管进入”？长期以来，真相难解。3月19日，国际权威期刊《自然》在线发表的山东农业大学段巧红教授与美国马萨诸塞州立大学阿默斯特分校Alice Y. Cheung教授联合团队的成果破解了上述谜团。

该论文第一作者段巧红教授向科技日报记者介绍，植物体内的机制确保着“一个胚珠只允许一个花粉管进入”，以防遗传紊乱。但团队发现，多个花粉管进入同一个胚珠这一不正常现象，在拟南芥FERONIA受体激酶的缺失突变体（fer）中很常见。进一步研究表明，FERONIA受体激酶调控了低甲酯化果胶质在丝状器的积累，进而调控了第一个花粉管诱导的一氧化氮在丝状器的积累。一氧化氮对诱导花粉管进入胚珠的诱饵蛋白进行亚硝基化修饰，一方面阻止其分泌，另一方面使其失去诱导花粉管的活性，其他输送精细胞的花粉管因此不能进入这个“名花有主”的胚珠。而fer突变体胚珠，低甲酯化的果胶质及一氧化氮在丝状器部位的含量都显著低于野生型胚珠。

段巧红教授之前的研究表明，FERONIA在调控花粉管破裂以释放精细胞这一过程中也发挥重要作用。本次成果解析了FREONIA在协调“花粉管破裂”与“防止多个花粉管进入胚珠”这两个不同而又紧密相连的生物学过程中的双重作用。

论文通讯作者，美国马萨诸塞州立大学阿默斯特分校Alice Y. Cheung教授表示，此项研究在分子与生化水平上揭示了被子植物防止多个花粉管进入胚珠的作用机制，进一步解析了植物有性生殖机理，对于生殖发育研究、作物产量提高、保护稀有物种的种质资源等具有重要意义。