被子植物如何防止“多精受精”机制被揭示

科技日报记者 张盖伦

1月21日，记者从北京大学了解到，该校生命科学学院瞿礼嘉教授实验室研究论文以长文形式在国际著名期刊《科学》（Science）上在线发表，该研究阐明了被子植物如何防止“多精受精”的分子机制，在植物生殖生物学领域取得重要突破。

动物中有非常严格的控制机制，不允许“多精受精”。不过，被子植物的生殖过程和动物有很大不同。被子植物的精细胞没有鞭毛，不能自主游动，花粉管扮演了重要角色。装着两个精细胞的花粉管在雌蕊组织定向生长，在胚珠释放的吸引信号作用下，它会穿出花柱道隔膜，导向胚珠，在胚珠中爆裂，释放出两个精细胞，完成被子植物特有的“双受精”。被子植物防止“多精受精”，其实就是限制多根花粉管进入同一个胚珠去受精。实际上，只允许一根花粉管靶向胚珠去受精的现象已被发现多年，但其机制为何，则一直还不清楚。

这次，瞿礼嘉团队首先鉴定到在雌蕊花柱道隔膜处表达的三个受体FERONIA、ANJEA和HERK1，这三个受体在膈膜处建立了不让多花粉管穿出的“屏障”。研究团队还鉴定到花粉管（雄方）分泌的五个小肽RALF6、7、16、36和37是这三个受体的配体信号分子，也参与了屏障的建立。该研究首次阐明了在花柱道隔膜处防止多花粉管穿出屏障的建立有赖雌（受体）-雄（小肽信号）双方的相互作用，揭示了拟南芥中防止多花粉管受精的分子机制。

在花柱道隔膜处建立防止多花粉管穿出的屏障，除了防止“多精受精”以外，在植物演化上还有重要意义。这种屏障是实现“同种花粉优先”、促进近缘物种间生殖隔离的先决条件。

生物学上还有一个现象，叫“受精补偿”。若受精失败，就会有第二根花粉管被吸引过来进入胚珠释放出精细胞。这也就意味着，屏障是可以被重新打开的。团队进一步研究发现，当花粉管爆裂释放精细胞进行受精时，破裂花粉管表面的RALF小肽会急剧减少，从而解除花柱道隔膜处的“屏障”，让受精补偿成为可能。

基于研究结果，团队在论文中提出了防止多根花粉管穿出的屏障如何建立和解除的工作模型。这项研究工作得到了国家自然科学基金重大项目和北大-清华联合生命中心的资助。

关键词： 被子植物 如何防止