瞿礼嘉/钟声团队Cell论文揭示植物通过有性生殖实现远缘杂交的新机制

“锁-钥模型”的核心元素包括如下组分：

1）由柱头的乳突细胞表面的受体FER/ANJ/HERK1/CVY1、乳突细胞自分泌小肽sRALF1/22/23/33，以及细胞壁蛋白LRX3/4/5这些组分协作构建成"锁"，该“锁”能阻止花粉管穿入柱头。

2）自己的花粉以及近缘植物种的花粉携带的7个旁分泌小肽pRALF10/11/12/13/25/26/30即为"钥匙"，该“钥匙”打开柱头处的"锁"，使得花粉管可以穿入柱头。

远缘植物的花粉由于没有携带这个“钥匙”，打不开柱头处的“锁”，因而远缘植物的花粉管就无法穿入柱头，这就形成了不同植物种间/属间杂交的障碍。如果把同种花粉与远缘花粉混合授粉，由于同种花粉携带有“钥匙”，可以打开“锁”，远缘花粉管跟着同种花粉管一起穿入柱头，这就是“花粉蒙导效应”。

特别需要强调的是，通过突变去除柱头处组成这个"锁"的任一组分，“锁”的功能就会失效，远缘花粉管就可以穿入柱头，这个在柱头处的植物生殖障碍就会被打破。更为重要的是，人工合成同种花粉携带的“钥匙”（即同种花粉的pRALF小肽）施加到柱头上，可以完美地替代"同种蒙导花粉"，让远缘花粉有效地穿入柱头，成功克服柱头处的这个关键的生殖障碍。应用这一成果，研究团队成功地在两种于两千七百万年前开始分化的、现在分属两个不同属的植物种之间实现了远缘杂交并获得了杂交胚。

这一发现是植物生殖生物学和植物远缘杂交领域的重大突破，不仅揭示了植物在柱头处关键生殖杂交屏障建立的分子基础，还清楚地解析了上世纪提出的“花粉蒙导效应”，从而找到了一种简单、有效的方法打破植物柱头处的关键生殖障碍。这对于未来我们打破植物种间/属间生殖隔离、实现植物远缘杂交、为农业、园艺等领域创制全新的种质资源具有重要的理论意义和广阔的应用前景。