Cell：我国科学家揭雌配子控制开花植物受精恢复的新机制

在一项新的研究中，由中国科学院遗传与发育生物学研究所的李红菊（Li Hongju）博士领导的一个研究团队揭示了开花植物的雌配子通过分泌花粉管吸引分子来控制受精恢复。他们探讨了为什么胚珠（ovule）在双受精失败后仍能继续吸引花粉管，也为一些植物物种在进化过程中失去助细胞（synergid cell）后的生存提供了分子线索。相关研究结果于2023年7月28日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Central-cell-produced attractants control fertilization recovery”。

受精产生种子对植物繁殖和种子作物产量至关重要。早在1904年，植物学家们就观察到一个有趣的现象，即一个胚珠内会有多个花粉管。这个被称为“受精恢复（fertilization recovery）”的过程被认为是受精失败造成的。据推测，这种受精失败会引发额外花粉管的吸引，从而通过引入更多雄配子来挽救受精过程。然而，它的内在机制并未得到解释。

一般来说，开花植物（也称被子植物）的胚囊包含两个助细胞、两个雌配子（即一个卵细胞和一个中央细胞）和三个反足细胞（antipodal cell）。在过去的二十年中，越来越多的证据表明助细胞在分泌花粉管吸引分子从而促进成功受精方面起着至关重要的作用。科学家们已经提出，如果第一个助细胞未能吸引到含有两个可育雄配子的花粉管，这两个助细胞会给植物第二次恢复受精的机会。

然而，李红菊研究团队最近的研究已表明，拟南芥胚珠在实验中去掉了两个助细胞后，仍能吸引花粉管并结出种子。这一观察结果表明，存在另一种受精恢复机制。

李红菊和杨维才（Yang Weicai）研究团队之前的一项研究已表明中央细胞作为胚乳的前体，对花粉管的吸引也至关重要。为了研究中央细胞能否分泌花粉管吸引分子，这些作者测量了中央细胞中表达的百余种分泌肽的花粉管吸引活性。他们最终发现，其中的两种肽---SALVAGER1（SAL1）和SAL2---具有花粉管吸引活性，并能与花粉管质膜结合。

图片来自Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.06.024。

有趣的是，他们发现，当助细胞有缺陷或被携带不育雄配子的gcs1突变花粉管消灭时，定位于中央细胞的SAL1和SAL2分泌到珠孔（micropyle）和株柄（funiculus）中。这些结果表明SALs是一种新型的花粉管引诱分子。

此外，SAL1 和 SAL2 基因敲除突变体丧失了这种由雌配子控制的受精恢复能力。随后的研究发现，SAL1 和 SAL2 与助细胞吸引系统在成功受精方面存在功能冗余。

再者，在拟南芥的姊妹种深山南芥（Arabidopsis lyrata）上进行的类似研究也证明了中央细胞分泌的 SALs 在受精恢复机制中的进化保守性。

综上所述，这些作者发现了一种由中央细胞控制的受精恢复机制，它对确保繁殖成功非常重要。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1. Jiang-Guo Meng et al. Central cell-produced attractants control fertilization recovery. Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.06.024.

2. Scientists show how female gametes control fertilization recovery in flowering plants
https://phys.org/news/2023-07-scientists-female-gametes-fertilization-recovery.html