中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李紅菊研究組發(fā)現(xiàn)了雌配子直接通過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)吸引花粉管這一問題，也為回答自然界有些物種的助細(xì)胞在進(jìn)化中丟失提供了線索，并為通過人工授粉挽救瀕危物種提供了理論參考，相關(guān)研究于北京時(shí)間2023年7月28日在線發(fā)表于《細(xì)胞》。審稿人評(píng)價(jià)“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”。

植物開花受精發(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重要“口糧”。然而，人們對(duì)植物開花受精規(guī)律的認(rèn)識(shí)，是一個(gè)逐步靠近真相的漫長過程。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)之問。被子植物的胚囊被包裹在胚珠中，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。然而李紅菊研究組發(fā)現(xiàn)通過生物技術(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，確保植物繁殖成功。

受精恢復(fù)的秘密到底藏在哪里？據(jù)介紹，李紅菊研究員和楊維才院士的早期研究工作證實(shí)中央細(xì)胞參與花粉管吸引。在此基礎(chǔ)上，研究人員通過轉(zhuǎn)錄組分析方法，確定了97個(gè)候選小肽并進(jìn)行體外純化再通過體外花粉管吸引實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一一驗(yàn)證，最終篩選出SALVAGER1(SAL1)和SAL2這兩個(gè)具有花粉管吸引能力的信號(hào)分子。在體內(nèi)條件下，也進(jìn)一步證明它們具有花粉管吸引能力，并且SAL1/2能夠直接結(jié)合在花粉管的質(zhì)膜上。有趣的是，研究人員發(fā)現(xiàn)SAL1/2在受精前定位于中央細(xì)胞。但當(dāng)助細(xì)胞吸引能力缺陷或者在受精過程中被突變花粉管破壞，研究人員觀察到SAL1/2定向分泌到胚珠珠孔，到達(dá)株孔外的株柄上。這意味著從空間分布上取得了SAL1/2可以作為吸引信號(hào)引導(dǎo)花粉管從株柄到達(dá)胚囊的證據(jù)。

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)建了研究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花粉管吸引過程，與已知的助細(xì)胞花粉管吸引過程存在功能冗余，并表明SAL1/2是雌配子控制的受精恢復(fù)機(jī)制的主效基因。

李紅菊研究組通過層層論證，最終證明SAL1/2在助細(xì)胞失效時(shí)被分泌到珠孔外，發(fā)揮吸引花粉管的功能，也直接證明了中央細(xì)胞通過分泌SAL1/2直接參與植物的受精恢復(fù)機(jī)制。

此外，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)擬南芥的近緣種琴葉擬南芥也開展了類似研究，并且得到了同樣的結(jié)論。這表明中央細(xì)胞通過SAL控制植物受精補(bǔ)償?shù)臋C(jī)制在進(jìn)化上可能是保守的。

中國科學(xué)院遺傳發(fā)育所孟姜果博士、徐銀嬌博士、王瑋琦博士和在讀博士生楊菲為共同第一作者。李紅菊研究員為通訊作者，楊維才院士參與指導(dǎo)了此項(xiàng)工作。

SALVAGER負(fù)責(zé)受精恢復(fù)機(jī)制模式圖