我國科學家首次發現植物雌雄識別的分子機制(圖)

百合花粉中剛剛萌發出的花粉管

    河北日報、河北新聞網記者劉榮榮

    被子植物，也就是我們最常見的綠色開花植物，其花粉是在空氣中傳播的。種類繁多的被子植物同處在自然界中，周圍充斥著各種植物的花粉。一個有趣的現象卻又長期困擾著人們——梨樹為什麼會「拒絕」蘋果的花粉？植物究竟是如何識別「自家人」的？它們如何排斥「外人」，保證自己種族的純正與延續？

    近日，中國科學院遺傳與發育生物學研究所楊維才研究組找到了破解這些奧秘的「鑰匙」——首次分離出花粉管識別雌性吸引信號的受體蛋白複合體，並揭示出信號識別和激活的分子機制。這一發現揭開了被子植物生殖繁衍的謎團，更重要的是為雜交育種開闢了一片新天地。這一成果發表於近期的《自然》雜誌。

    1被子植物的「夫妻生活」

    在自然界億萬年的演化過程中，有性生殖的出現是一次重大飛躍。有性生殖使得生物體能夠具有更多的遺傳多樣性，從而更好地適應千變萬化的自然環境。

    「有性生殖需要生物體演化出能夠準確傳遞生殖細胞的方式。對於動物及非被子植物來說，它們的精子可以通過遊動來『接近』卵子，最終彼此吸附、融合形成受精卵，從而創造一個新個體。」楊維才研究組成員、中科院遺傳與發育生物學研究所副研究員李紅菊向記者介紹說，對世界上多樣性最豐富的植物類群——被子植物來說，它們的精子不能運動，卵子又被深深包裹在雌蕊深處的胚囊（雌配子體）中，精卵相遇猶如牛郎和織女一樣困難。

    那麼，被子植物是如何輸送精子的呢？我們首先要認識一種叫花粉管的結構。

    「植物的花粉是一個營養細胞，包裹著精子細胞。當它落到植物柱頭上，就會從萌發孔伸出一個管狀結構，這就是把植物的精細胞傳遞給胚囊的載體——花粉管。」李紅菊介紹，植物開花時，成熟的花粉粒萌發出花粉管，花粉管一路伸長，穿過雌蕊的柱頭、花柱及引導組織，最後經過珠孔進入胚珠，將兩個精細胞釋放。之後，兩個精細胞分別與胚珠內的卵細胞和中央細胞結合，形成受精卵和受精極核，二者最終發育為胚胎和胚乳。

    被子植物受精過程中，最神秘之處在於花粉管為何能「定向」生長，並最終準確地進入胚珠。與此同時，卵子也能準確識別，欣然接納辛苦闖關而來的「如意郎君」進入「洞房」。

    據了解，胚珠珠孔的直徑只有不到一微米，就拿玉米來講，花粉管要穿過長達十餘釐米的花柱，然後準確地進入珠孔，就好比在一千米外準確射中直徑一釐米的靶心。

    「這一過程中，胚囊會在各個階段分泌信號為花粉管『導航』。」李紅菊解釋說。

    那麼，胚囊內提供導航信號的究竟是何物質？日本科學家在研究中，從藍豬兒草和擬南芥兩種植物胚囊中分離出一種小的分泌蛋白，稱為LURE，可以對花粉管的生長起到導向作用。

    「花粉管可以感受到這類分泌蛋白分布的濃度梯度，然後『對準』濃度高的方向生長，從而完成定向。換句話說，這類分泌蛋白，就是吸引花粉管定向生長的信號。」李紅菊說。

    花粉管是如何感知這種信號？如何根據信號調控方向？長久以來困擾科研人員的這些難題被我國研究人員破解。