北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院瞿禮嘉教授團(tuán)隊(duì)揭示了模式植物擬南芥通過(guò)小肽信號(hào)及其受體介導(dǎo)的信號(hào)通路防止多精受精的分子機(jī)制，即揭示了為什么每個(gè)胚珠只有一根花粉管進(jìn)入并受精的原因。該成果近日以《擬南芥中快速堿化因子RALF小肽介導(dǎo)的信號(hào)途徑控制阻止多花粉管穿出現(xiàn)象》為題在《科學(xué)》在線發(fā)表。

　　瞿禮嘉介紹，在動(dòng)物受精過(guò)程中，常常會(huì)遇到多個(gè)精子同時(shí)游到卵子附近的情形，如果發(fā)生多個(gè)精子與卵子融合(即“多精受精”)，則會(huì)引起胚胎細(xì)胞的基因組紊亂，導(dǎo)致胚胎發(fā)育終止。因此，動(dòng)物中有非常嚴(yán)格的控制機(jī)制防止“多精受精”。然而，被子植物生殖過(guò)程與動(dòng)物有很大區(qū)別。不同于動(dòng)物的精子，被子植物的精細(xì)胞沒(méi)有鞭毛，因此不能自主游動(dòng)。精細(xì)胞只能像出租車(chē)的“乘客”一樣被裝在作為“司機(jī)”的花粉管細(xì)胞中，隨著花粉管在花柱道中生長(zhǎng)，并在胚珠吸引信號(hào)的作用下穿出花柱道隔膜、生長(zhǎng)進(jìn)入胚珠中爆炸釋放出精細(xì)胞。

　　但是，在雌蕊中有大量的花粉管在花柱道中生長(zhǎng)，因此，被子植物中防止“多精受精”的控制機(jī)制就很大程度上轉(zhuǎn)變成限制多根花粉管從隔膜穿出靶向同一個(gè)胚珠。更為復(fù)雜的是，阻止“多根花粉管”靶向胚珠的控制機(jī)制還涉及另外一個(gè)非常重要的生物學(xué)現(xiàn)象——“受精補(bǔ)償”，即如果進(jìn)入胚珠中的花粉管釋放的精細(xì)胞不能正常受精時(shí)，就會(huì)有第二根花粉管穿出隔膜被吸引進(jìn)入胚珠?！笆芫a(bǔ)償”的存在增加了一次受精的機(jī)會(huì)，是植物保證生殖成功的重要機(jī)制。雖然阻止“多根花粉管”靶向胚珠和受精補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)象已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多年，但一直不清楚背后的分子控制機(jī)制。

　　瞿禮嘉團(tuán)隊(duì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)首次闡明，在花柱道隔膜處防止多花粉管穿出屏障的建立有賴(lài)于雌(受體)-雄(小肽信號(hào))雙方的相互作用。他們發(fā)現(xiàn)花粉管是溝通胚珠中受精狀態(tài)和花柱道隔膜處屏障開(kāi)/關(guān)的一個(gè)橋梁。當(dāng)花粉管爆裂釋放精細(xì)胞進(jìn)行受精時(shí)，破裂花粉管表面的RALF小肽急劇減少，從而解除花柱道隔膜處的“屏障”，以便讓第二根花粉管在需要“受精補(bǔ)償”的時(shí)候穿出花柱道靶向胚珠進(jìn)行第二次受精。

　　瞿禮嘉指出，在花柱道隔膜處建立防止多花粉管穿出的屏障，除了防止“多精受精”以外，還在植物演化上具有重要意義。瞿禮嘉教授實(shí)驗(yàn)室前期研究論文表明，擬南芥胚珠分泌的物種特異性花粉管吸引信號(hào)AtLURE1s，吸引自身的花粉管比近緣物種的花粉管優(yōu)先穿出花柱道靶向胚珠進(jìn)行受精，實(shí)現(xiàn)“同種花粉優(yōu)先”，促進(jìn)近緣物種間的生殖隔離。而只允許一根花粉管穿出的“屏障”的建立是這種實(shí)現(xiàn)“同種花粉優(yōu)先”、促進(jìn)近緣物種間的生殖隔離的先決條件，因?yàn)樵撈琳洗_保了當(dāng)?shù)谝桓ǚ酃艽┏龊?，沒(méi)有其他花粉管穿出隔膜實(shí)現(xiàn)“彎道超車(chē)”的可能，是確定第一根穿出的花粉管優(yōu)先受精優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)。

　　據(jù)悉，北大生命科學(xué)學(xué)院瞿禮嘉教授為該論文的通訊作者，其實(shí)驗(yàn)室的鐘聲副研究員，李玲、王志娟、葛增祥博士以及博士生李其昀為該論文的共同第一作者。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目和北大-清華聯(lián)合生命中心的資助。