中國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)植物受精恢復(fù)新機(jī)制 為挽救瀕危物種提供理論參考

(資料圖)

植物受精發(fā)育形成果實(shí)是人類熟知的自然規(guī)律，也為人類提供了賴以生存的口糧。然而，自1904年植物的受精恢復(fù)現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)以后，植物如何感知雌配子受精失敗進(jìn)而啟動(dòng)受精恢復(fù)，成了延續(xù)百年的科學(xué)謎題。中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李紅菊研究組的一項(xiàng)最新研究，發(fā)現(xiàn)了雌配子直接通過(guò)分泌花粉管吸引信號(hào)恢復(fù)受精的機(jī)制，回答了為什么雙受精失敗，胚珠會(huì)持續(xù)吸引花粉管這一問(wèn)題，也為理解自然界有些物種的助細(xì)胞在進(jìn)化中丟失的原因提供了線索，并為通過(guò)人工授粉挽救瀕危物種提供了理論參考。

上述研究論文近日在線發(fā)表于《細(xì)胞》。審稿人評(píng)價(jià)稱“這項(xiàng)工作很重要”“這一研究發(fā)現(xiàn)了一個(gè)意料之外的中央細(xì)胞的功能”。

被子植物的胚囊被包裹于胚珠中，一般包含兩個(gè)助細(xì)胞、兩個(gè)雌配子(一個(gè)卵細(xì)胞和一個(gè)中央細(xì)胞，受精后分別發(fā)育成胚胎和胚乳)，以及三個(gè)反足細(xì)胞。過(guò)去20年的研究發(fā)現(xiàn)，助細(xì)胞分泌花粉管吸引信號(hào)，在植物受精中發(fā)揮重要作用。

值得一提的是，李紅菊研究組發(fā)現(xiàn)通過(guò)生物技術(shù)獲得的缺失助細(xì)胞的胚珠，受精恢復(fù)機(jī)制可以不依賴助細(xì)胞。那么，其受精恢復(fù)的秘密到底藏于何處？研究人員想到了中央細(xì)胞。

李紅菊和中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所所長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院士楊維才的早期研究工作，證實(shí)中央細(xì)胞參與花粉管吸引。基于此，研究人員利用轉(zhuǎn)錄組分析方法，確定了97個(gè)候選小肽分子并進(jìn)行體外純化，再通過(guò)體外花粉管吸引實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，最終篩選出SAL1和SAL2這兩個(gè)具有花粉管吸引能力的信號(hào)分子。

為進(jìn)一步證實(shí)這一新發(fā)現(xiàn)，研究人員利用基因編輯技術(shù)構(gòu)建了缺失SAL1/2功能的擬南芥突變體。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，中央細(xì)胞SAL1/2花粉管吸引過(guò)程與已知的助細(xì)胞花粉管吸引過(guò)程存在功能冗余，并表明SAL1/2是雌配子控制的受精恢復(fù)機(jī)制的主效因子。

通過(guò)抽絲剝繭、層層論證，研究組最終證明了中央細(xì)胞通過(guò)分泌SAL1/2直接參與植物的受精恢復(fù)機(jī)制。研究團(tuán)隊(duì)對(duì)擬南芥的近緣種琴葉擬南芥也開(kāi)展了類似研究，并且得到了同樣的結(jié)論。

責(zé)任編輯：Rex_03