众所周知,人类近亲结婚不利于优生优育,但在没有婚姻法约束的自然界,植物如何避免这种“近亲结婚”现象呢?4月30日,国际著名学术期刊Plant Cell在线发表了南京农业大学梨工程技术研究中心的一项最新研究成果,该研究成果解密梨自交不亲和性反应信号转导机制,还原了微观世界中,一场发生在花粉管中的“生死对决”。
      要了解这场“对决”,首先我们先来了解,在没有“婚姻法”约束的自然界,植物是如何避免“近亲结婚”带来的伤害的?南京农业大学梨工程技术研究中心主任张绍铃教授介绍,虽然植物界没有“婚姻法”,但许多植物经过漫长的进化与自然筛选,逐渐演化出了自交不亲和性,抑制自交、促进异交,也正是这样,自然界才能更加丰富多彩。
      张绍铃教授表示,据已有研究证实,自然界中约有60%的高等植物表现出自交不亲和性,不同植物自交不亲和的类型也并不相同,其中大多数都属于基于S-RNase的配子体型自交不亲和性这一类型。在我们日常了解的植物世界里,多种蔷薇科果树,包括梨、苹果、李、杏、甜樱桃等,都属于这种较为常见的自交不亲和性类型。“例如,通常情况下,同一梨品种间相互授粉不能正常结果,必须搭配不同品种相互授粉,才能获得应有的产量和品质。”张绍铃教授解释。
      但从另一方面说,人工授粉用工量大、效率低、成本高,越来越难以满足当前生产的需求。所以,揭开梨自交不亲和性的神秘面纱,对于打破这种“同一品种无法通婚的魔咒”,实现梨产业节本增效、可持续生产具有重要价值。
      你可能不知道,国际上,关于梨自交不亲和的研究由来已久。业界的传统观点认为,雌蕊控制因子S-RNase的主要功能是降解自交不亲和花粉RNA,这就是我们所说的,花粉管中的一场“生死对决”。虽然,我们知道有这样一场激烈的“对决”,但S-RNase究竟是如何攻击花粉的?面对S-RNase的致命攻击,花粉是如何应对的?这些问题一直都是研究未能突破的重点和难点。
      此次,这项最新研究成果突破性地找到了一个关键,梨S-RNase作用的新靶点——花粉肌动蛋白,从而“再现”了“对决”的过程。南京农业大学园艺学院院长吴巨友教授解释:“我们的研究证实,在自交不亲和性反应发生的过程中,S-RNase直接与肌动蛋白PbrAct1互作,将花粉管的微丝骨架从丝状结构解聚成点状结构,从而诱导自交不亲和的花粉管发生细胞凋亡,导致授粉受精失败。”吴巨友还表示,当然花粉也并不是坐以待毙,感受到威胁的花粉管会迅速启动一套自我保护程序,显著提升花粉管中磷脂酸浓度,稳定微丝骨架的结构,对抗来自S-RNase的攻击。这项新研究成果的意义就在于鉴定了自交不亲和性反应中S-RNase新的目标靶点,探明了花粉的应对策略,为深入了解梨自交不亲和性反应信号传导机制提供了全新的观点。
      据介绍,张绍铃教授领导的南京农业大学梨工程技术研究中心长期从事梨种质资源与种质创新、基因组与功能基因挖掘、生殖生理与细胞信号转导、果实品质形成机制与调控等领域的研究。中心已相继在Genome Research、Plant Journal和New Phytologist等杂志上发表了多篇高水平研究论文,得到国内外同行的关注和认可。
省科学传播中心 夏文燕 通讯员 谢智华 许天颖)