科学家揭示植物雌雄识别的分子机制

(据中国科学院遗传与发育生物学研究所)受精需要精子和卵细胞的结合,而精子能否被及时地传递到卵子是受精的关键。在被子植物中,精子是通过花粉管来传递的,但花粉管是如何将精子传递到卵子的呢?这是植物生殖生物学几十年来关注的主要问题,也是杂交育种的技术瓶颈之一。日前,中国科学院遗传与发育生物学研究所杨维才研究组首次分离到了花粉管识别雌性吸引信号的受体蛋白复合体,并揭示了信号识别和激活的分子机制。

这一成果于2月11日在线发表在国际学术期刊《自然》( Nature )上,研究员杨维才和副研究员李红菊为论文共同通讯作者。国际著名学者 Alice Y. Cheung 和 Hen-Ming Wu 在 Nature 同期对该工作作了点评。科学家揭示植物雌雄识别的分子机制

远缘杂交育种是指人类利用不同种、属或亲缘关系更远的物种间杂交,产生远缘杂种,从而打破植物种、属间的隔离,获得新的作物品种。一直以来,杂交育种都是人类提高农作物产量和品质的主要技术。但是远缘杂交广泛存在生殖隔离造成的杂交障碍,往往导致杂交表现不亲和性,作物杂交育种失败或效率低下。导致杂交障碍的主要原因之一是雌雄配子体的有效识别。

因为不具备动物精子的游动能力,被子植物中胚囊会分泌信号分子引导花粉管定向生长,花粉管将精子细胞运送到胚囊里,进而和包裹在胚囊内的卵细胞结合。在模式植物拟南芥( Arabidopsis thaliana )中,通过反向遗传学手段,杨维才研究组在花粉管中筛选到两个膜表面受体蛋白激酶( MIK 和 MDIS1 ),参与花粉管对胚囊信号分子的响应。一系列的生化和细胞生物学实验结果显示,两个受体蛋白激酶共同接受胚囊的信号,并启动花粉管的定向生长。更重要的是,研究人员通过转基因手段把其中的一个信号受体导入另一种植物荠菜( Capsella rubella )中,并和拟南芥进行杂交实验,转基因荠菜的花粉管识别拟南芥胚囊的效率大大提高。

该研究是植物生殖领域的重大突破,并通过基因工程手段建立了利用生殖关键基因打破生殖隔离的方法,为克服杂交育种中杂交不亲和性提供了重要的理论依据。

科学家揭示植物雌雄识别的分子机制

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