中國網/中國發(fā)展門戶網訊 中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所李紅菊研究組發(fā)現了雌配子直接通過分泌花粉管吸引信號恢復受精的機制，回答了為什么雙受精失敗，胚珠會持續(xù)吸引花粉管這一問題，也為回答自然界有些物種的助細胞在進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，相關研究于北京時間2023年7月28日在線發(fā)表于《細胞》。審稿人評價“這項工作很重要”“這一研究發(fā)現了一個意料之外的中央細胞的功能”。

植物開花受精發(fā)育形成果實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，人們對植物開花受精規(guī)律的認識，是一個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而啟動受精恢復，成了延續(xù)百年的科學之問。被子植物的胚囊被包裹在胚珠中，一般包含兩個助細胞、兩個雌配子（一個卵細胞和一個中央細胞，受精后分別發(fā)育成胚胎和胚乳），以及三個反足細胞。過去20年的研究發(fā)現，助細胞分泌花粉管吸引信號，在植物受精中發(fā)揮重要作用。然而李紅菊研究組發(fā)現通過生物技術獲得的缺失助細胞的胚珠，受精恢復機制可以不依賴助細胞，確保植物繁殖成功。

受精恢復的秘密到底藏在哪里？據介紹，李紅菊研究員和楊維才院士的早期研究工作證實中央細胞參與花粉管吸引。在此基礎上，研究人員通過轉錄組分析方法，確定了97個候選小肽并進行體外純化再通過體外花粉管吸引實驗進行一一驗證，最終篩選出SALVAGER1(SAL1)和SAL2這兩個具有花粉管吸引能力的信號分子。在體內條件下，也進一步證明它們具有花粉管吸引能力，并且SAL1/2能夠直接結合在花粉管的質膜上。有趣的是，研究人員發(fā)現SAL1/2在受精前定位于中央細胞。但當助細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可以作為吸引信號引導花粉管從株柄到達胚囊的證據。

為進一步證實這一新發(fā)現，研究人員利用基因編輯技術構建了研究SAL1/2功能的擬南芥突變體。實驗結果顯示，中央細胞SAL1/2花粉管吸引過程，與已知的助細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機制的主效基因。

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

此外，研究團隊對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論。這表明中央細胞通過SAL控制植物受精補償的機制在進化上可能是保守的。

中國科學院遺傳發(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了此項工作。

SALVAGER負責受精恢復機制模式圖