被子植物生殖过程 《自然》主刊发表山农大段巧红团队被子植物受精过程关键机制科研成果

记者从山东农业大学了解到，2020年3月19日，《自然》发表了山东农业大学与马萨诸塞州阿默斯特大学共同完成的科研成果。经过长期努力，两所大学的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。

被子植物的受精过程是作物种子形成的关键环节。研究表明，单个花粉管在进入胚珠后断裂，释放精子，然后完成双受精过程。然而，关于花粉管如何与胚珠相互作用以确保这一过程的准确进行，仍有许多未知因素。

该论文的第一作者、山东农业大学园艺科学与工程学院的段教授告诉记者，一般来说，为了防止遗传性疾病，一个胚珠只能有一个花粉管进入。研究小组发现，多个花粉管进入同一个胚珠的异常现象在拟南芥中的FERONIA受体激酶缺失突变体中非常普遍。进一步研究表明，FERONIA受体激酶调节丝状器官中低甲基酯化果胶的积累，进而调节丝状器官中第一个花粉管诱导的一氧化氮的积累。一氧化氮对诱导花粉管进入胚珠的诱饵蛋白进行硝化修饰，一方面阻止其分泌，另一方面使其失去诱导花粉管的活性，因此其他花粉管无法进入该胚珠。然而，丝状器官中fer突变胚珠、低甲基酯化果胶和一氧化氮含量显著低于野生型胚珠。

众所周知，FERONIA受体激酶的调节包括许多生物过程，如植物生长和发育、对生物和非生物胁迫的反应以及有性生殖。段教授前期的研究表明，FERONIA在调节花粉管破裂释放精子细胞方面也发挥了重要作用。本研究结果进一步分析了胚珠如何协调“花粉管破裂”和“阻止多个花粉管进入胚珠”这两个不同且密切相关的生物学过程，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。

美国阿默斯特市马萨诸塞大学的张雅丽教授和吴恒明教授表示，该研究从分子和生化水平揭示了被子植物阻止多个花粉管进入胚珠的机制，并进一步分析了植物的有性生殖机制，对生殖发育研究、作物产量提高、珍稀物种种质资源保护具有重要意义。研究结果有望应用于作物杂交育种和远缘杂交育种，为丰富种质资源和提高育种质量发挥重要作用。

段，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研究，取得了许多重要成果。相关文章发表在《自然》、《自然通讯》、《PNAS》、《生命》、《植物杂志》、《分子植物》等学术期刊上。该研究成果广泛应用于大白菜等十字花科蔬菜的育种和种质资源创新。