山东农大段巧红团队揭示被子植物受精过程关键机制荣登《自然》主刊
发布时间:2020-03-19 16:50 来源:山东农业大学 A+A-
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被子植物的受精过程是作物种子形成的关键环节。已有研究表明,单一花粉管进入胚珠后破裂,释放精细胞,进而完成双受精过程。但是花粉管与胚珠如何相互作用以保证这个过程的精确进行,还有很多未知。2020年3月19日,《自然》在线发表了山东农业大学与美国马萨诸塞大学阿默斯特分校共同完成的科研成果,经过长期努力,两校科研团队成功揭示了被子植物阻止多个花粉管进入胚珠的分子机制。

论文第一作者、山东农业大学园艺科学与工程学院段巧红教授向记者介绍,一般情况下,一个胚珠只允许一个花粉管进入,以防止遗传紊乱。团队研究发现,多个花粉管进入同一个胚珠这一不正常现象,在拟南芥FERONIA受体激酶的缺失突变体(fer)中很常见。进一步研究表明,FERONIA受体激酶调控了低甲酯化果胶质在丝状器的积累,进而调控了第一个花粉管诱导的一氧化氮在丝状器的积累。一氧化氮对诱导花粉管进入胚珠的诱饵蛋白进行亚硝基化修饰,一方面阻止其分泌,另一方面使其失去诱导花粉管的活性,其他花粉管因此不能进入这个“名花有主”的胚珠。而fer突变体胚珠,低甲酯化的果胶质及一氧化氮在丝状器部位的含量都显著低于野生型胚珠。

FERONIA缺失突变体胚珠不能阻止多个花粉管进入

据了解,FERONIA受体激酶调控包括植物生长发育、响应生物及非生物胁迫、及有性生殖等多种生物学过程。段巧红教授之前的研究表明,FERONIA在调控花粉管破裂以释放精细胞这一过程中也发挥重要作用。本次研究成果进一步解析了胚珠如何协调“花粉管破裂”与“防止多个花粉管进入胚珠”这两个不同而又紧密相连的生物学过程,为进一步研究被子植物受精过程的调控机制提供了重要启示。

果胶质在野生型胚珠丝状器部位积累,介导花粉管进入胚珠后产生一氧化氮,以阻止诱饵蛋白吸引其他花粉管

论文通讯作者、美国马萨诸塞大学阿默斯特分校Alice Y. Cheung和Henming Wu教授表示,此项研究在分子与生化水平上揭示了被子植物防止多个花粉管进入胚珠的作用机制,进一步解析了植物有性生殖机理,对于生殖发育研究、作物产量提高、保护稀有物种的种质资源等具有重要意义。成果有望应用于作物杂交育种以及利用远缘杂交育种,在丰富种质资源、提升育种品质领域发挥重要作用。

段巧红教授与团队黄家保副教授共同采集实验样本

段巧红教授开展科研教学

段巧红,山东农业大学园艺科学与工程学院教授、博士生导师,长期从事植物有性生殖过程研究,取得多项重要成果,相关文章发表在Nature、Nature Communications、PNAS、eLife、The Plant Journal、Molecular Plant 等学术期刊,研究成果广泛应用于大白菜等十字花科蔬菜的育种与种质资源创新。

相关论文信息:

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2106-2

责任编辑:迟佳

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