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zwdbordeaux

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[交流] 【原创】植物授精信号被发现（文章背后的故事）已有2人参与

植物授精信号被发现（文章背后的故事）
编译自美国刊物《科学家》(Scientisit), by zhwdai@yahoo.com
原文请见：http://www.the-scientist.com/blog/display/57483/
转载请注明出处

美国《科学家》(Scientist)杂志于六月2日针对国际期刊PLoS Biology上的一项研究成果（PLoS Biol 8(6):e1000388）发表了评论文章。该研究发现了一种控制植物授精过程的重要信号分子。这一研究结果揭示了植物授精机制的进化过程，且将有利于开发新的策略以解决作物杂交育种过程中经常遇到的种间杂交不育问题。

众所周知，在植物的双授精过程中，带有精子的花粉粒落到雌蕊柱头上后，长出花粉管，伸达胚囊，管的先端破裂，放出两精子，其中之一与卵子结合，形成受精卵，另一精子与两个极核结合，形成胚乳核；经过一系列的发展过程，前者形成胚，后者形成胚乳。然而，在精细胞与卵子细胞之间存在怎样的信号调控使得花粉管停止生长且先端破裂尚知之甚少。

德国Regensburg大学的ThomasDresselhaus及其同事在寻找引导花粉管向卵细胞伸长的分子物质时，意外发现了专一表达于胚囊的4种类抵御素蛋白。这一发现当时被认为非常奇怪，因为抵御素蛋白通常出现在植物、昆虫和其它动物的免疫系统中。

Dresselhaus开始认为这些类抵御素蛋白位于花蕊柱头中以使植物的繁殖器官免受病菌的侵害。但后来通过基因表达和基因敲除试验，Dresselhaus和他的研究组发现4种类抵御素蛋白中的一个（ZmES4）实际上是由胚囊在受精过程中释放，从而引发花粉管破裂，精子释放。也就说这些蛋白的功能不在于防御而在于引爆花粉管。这一现象的产生可能来源于进化过程中的病菌抵抗调控机制。Dresselhaus计划通过基因工程把参与繁殖调控的类抵御素蛋白转化为具有抵御功能的类抵御素蛋白或相反方向的转化来验证之前的假说。

该研究同时发现花粉管中的钾离子通道是该蛋白的作用靶。当用ZmES4处理时，钾离子通道打开，钾离子和水流入花粉管，渗透平衡被打破，最终导致花粉管破裂，释放出两个精子。

此外，该研究发现，ZmES4只能诱导同种植物花粉管的开裂。当合成的ZmES4加入玉米花粉管时，花粉管在几秒之内开裂；当加入玉米一个近亲Tripsacum dactyloides的花粉管时，花粉管开裂时间延长至30分钟；当加入与玉米没有亲缘关系的烟草和百合的花粉管时，花粉管不开裂。综上，该蛋白能够抑制非亲缘种之间的杂交授精。
运用该研究的结果，作物育种学家或许可在未来研发出新的策略来提高目前的杂交率甚至构建新的杂交种。Dresselhaus非常乐于把自己的研究运用到育种工作中，比如在大麦中表达ZmES蛋白，观察它们是否能够诱发玉米花粉管在大麦胚囊附近开裂，从而实现玉米和大麦之间的杂交。当然，这可能会导致其它的问题，比如杂交种的基因组会变得过于多样化，但作为一个育种途径，这一机制的发现非常有意义。

[ Last edited by mgflyx_001 on 2010-8-24 at 22:53 ]

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