植物如何启动受精恢复？中国科学家发现新机制破解百年谜团

　　中新网北京7月28电(记者 孙自法)植物如何感知雌配子受精失败进而启动受精恢复以确保受精成功？植物开花受精过程中这种极具生命力的自然现象，自1904年发现以来，已成为延续超过百年的科学之问。

　　这一备受学界关注的百年科学之问谜团，最近被中国科学院遗传与发育生物学研究所(遗传发育所)李红菊团队研究破解，他们发现雌配子直接通过分泌花粉管吸引信号恢复受精的机制，确认植物中央细胞具有花粉管吸引能力的两个信号分子SALVAGER1(SAL1)和SAL2，是雌配子控制的受精恢复机制的主效因子。

李红菊研究员(中)和研究团队成员在实验室研讨分析实验样品与数据。中国科学院遗传发育所 供图

　　该项研究回答了为什么植物双受精失败胚珠会持续吸引花粉管的问题，也为回答自然界有些物种的助细胞在进化中丢失提供了线索，并为通过人工授粉挽救濒危物种提供了理论参考。相关成果论文北京时间7月28日夜间在国际著名学术期刊《细胞》在线发表。审稿人评价“这项工作很重要”“发现了一个意料之外的中央细胞的功能”。

　　论文通讯作者李红菊研究员介绍说，植物开花受精发育形成果实是人类熟知的自然规律，也为人类提供了赖以生存的重要“口粮”。早在1904年，人们就观察到植物开花受精过程中的一种极具生命力的现象——受精恢复，即植物的雌配子受精失败后，胚珠会吸引额外的花粉管运送来新的精细胞，以确保受精成功。其中，被子植物的胚囊被包裹在胚珠中，一般包含两个助细胞、两个雌配子(两个雌配子包括一个卵细胞和一个中央细胞，受精后分别发育成胚胎和胚乳)以及三个反足细胞。

　　过去20年的研究发现，助细胞分泌花粉管吸引信号，在植物受精中发挥重要作用。然而，该研究团队发现通过生物技术获得的缺失助细胞的胚珠，受精恢复机制可以不依赖助细胞而确保植物繁殖成功，那么，其受精恢复的秘密到底藏在哪里呢？研究团队将目光聚焦到中央细胞，而他们和中国科学院遗传发育所杨维才院士的早期研究工作已证实中央细胞参与花粉管吸引。

李红菊研究员(左)和研究团队成员在实验室研讨分析实验样品与数据。中国科学院遗传发育所 供图

　　在此基础上，研究团队通过转录组分析方法，确定97个植物候选分泌型小肽分子，这些小分子具有分泌出细胞的特性，符合可以作为花粉管吸引信号的特征。对这些小肽进行体外纯化，再通过体外花粉管吸引实验进行一一验证，最终筛选出SAL1/2这两个具有花粉管吸引能力的信号分子。在体内条件下，进一步证明它们具有花粉管吸引能力，并且SAL1/2能够直接结合在花粉管的质膜上。有趣的是，研究人员发现SAL1/2在受精前定位于中央细胞。但当助细胞吸引能力缺陷或者在受精过程中被突变花粉管破坏，研究团队观察到SAL1/2定向分泌到胚珠珠孔，到达株孔外的株柄上。

　　“这意味着从空间分布上取得了SAL1/2可以作为吸引信号引导花粉管从株柄到达胚囊的证据。”李红菊指出，为进一步证实这一新发现，研究团队利用基因编辑技术构建了研究SAL1/2功能的拟南芥突变体。实验结果显示，中央细胞SAL1/2花粉管吸引过程，与已知的助细胞花粉管吸引过程在保障受精的功能中存在功能冗余，并表明SAL1/2是雌配子控制的受精恢复机制的主效因子。

SALVAGER负责受精恢复机制模式图。中国科学院遗传发育所供图

　　她表示，研究团队通过抽丝剥茧层层论证，最终证明SAL1/2在助细胞失效时被分泌到珠孔外，发挥吸引花粉管的功能，也证明中央细胞通过分泌SAL1/2直接参与植物的受精恢复机制。此外，研究团队还对拟南芥的近缘种琴叶拟南芥也开展类似研究，并且得到同样的结论，这表明中央细胞控制植物受精补偿的机制在自然界可能是一个普遍现象。

　　中国科学院遗传发育所透露，目前，李红菊研究团队正致力于解析传粉受精过程中生殖隔离的遗传机制，并基于相应的理论对大豆、油菜等进行遗传操作和远缘杂交，希望通过将野生植物基因资源导入栽培品种创制智能适应性新作物，以应对全球极端气候和病虫害频发，为保障粮食安全贡献力量。