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中科院遗传所杨维才研究组发现一种新的十字花科植物花粉管吸引信号

花匠小妙招
2025-09-25 03:40

在有性生殖过程中，动物和低等植物的精子都是由尾部鞭毛的摆动提供推力，从而寻找成熟的卵细胞，并实现精卵结合。但开花植物却是特例，它们的精细胞没有鞭毛。因此，精细胞不能自主运动，需要通过极性生长的花粉管将精细胞运输到胚囊。胚囊被包裹在胚珠中，并由两个雌配子（卵细胞和中央细胞）、助细胞和反足细胞构成。花粉管如何将精细胞成功送至胚囊，是开花植物受精过程的核心科学问题之一。

以开花植物拟南芥为模式植物，人们发现拟南芥的助细胞会分泌一些可以吸引花粉管定向生长的小肽信号。拟南芥的胚囊中，是否还有未知的花粉管吸引信号？十字花科植物中，拟南芥的近缘物种是否编码类似的吸引信号？这些吸引信号是否有物种特异性？这些都是有待探索的问题。

近日，Science China Life Science在线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所杨维才研究组题为TICKET attracts pollen tubes and mediates reproductive isolation between relative species in Brassicaceae的研究论文。该研究发现了拟南芥及其近缘物种中一种新的花粉管吸引信号，这种信号参与植物的高效受精，以及物种间的生殖隔离。该发现对于人们理解花粉管吸引信号的性质，物种专一性以及生殖隔离具有重要价值。

杨维才研究组前期研究表明，拟南芥中央细胞表达的转录因子CCG在胚珠吸引花粉管生长中起到了关键作用。CCG通过非细胞自主的方式调控助细胞基因的表达，其中有三个助细胞表达的未知功能的分泌型小肽（Chen et al., 2007; Li et al., 2015）。随后，研究人员将这三个小肽命名为AtTICKET。AtTICKET亚家族包括AtTICKET1, AtTICKET2和AtTICKET3三个成员。

杨维才研究组最新研究发现，AtTICKET2和AtTICKET3可以吸引拟南芥花粉管，但AtTICKET2不能吸引近缘种A. lyrata和C. rubella的花粉管（图a）。AtTICKET三个基因的缺失会导致胚珠吸引花粉管的效率降低。AtTICKET在A. lyrata和C. rubella中的直系同源基因，分别是AlTICKET和CrTICKET。AlTICKET和CrTICKET只能吸引同种花粉管，而不能吸引拟南芥的花粉管 (图b和c) 。并发现，该基因在进化中受到正向的自然选择。这些发现表明，TICKET是一个十字花科植物中有物种特异性的花粉管吸引信号。

TICKET只吸引同物种的花粉管

杨维才研究组博士生孟姜果为该论文的第一作者。青年研究员李红菊和杨维才研究员为共同通讯作者。该项研究得到国家自然科学基金的资助。

参考文献：

[1] Yan-Hong Chen, Hong-Ju Li, Dong-Qiao Shi, Li Yuan, Jie Liu, Rajini Sreenivasan, Ramarmurthy Baskar, Ueli Grossniklaus and Wei-Cai Yang. (2007). The central cell plays a critical role for pollen tube guidance in Arabidopsis. Plant Cell 19: 3563-3577.

[2] Hong-Ju Li, Shan-Shan Zhu, Meng-Xia Zhang, Tong Wang, Liang Liang, Yong Xue, Dong-Qiao Shi, Jie Liu and Wei-Cai Yang (2015). Arabidopsis CBP1 is a novel regulator of transcription initiation in central cell-mediated pollen tube guidance. Plant Cell 27: 2880-2893.

来源：中国科学杂志社。原文链接:

https://doi.org/10.1007/s11427-019-9833-3