相信所有的事与怀疑所有的事在本质上其实是相同的——(这两种不成熟的做法)都忽视了思考的重要性。~~~~儒勒·昂利·庞加莱,La Science et l'Hypothèse1901?

花粉发育

花粉萌发产生花粉管,花粉管在助细胞中释放两个精子,其中卵细胞和中央细胞分别接受一个精子,形成二倍体的合子和三倍体的胚乳前体细胞,这种现象即为被子植物特有的双受精现象。受精后,胚囊再经胚胎发生和胚乳发育形成种子。胚珠不仅是双受精的场所,也是种子及其附属结构(如棉纤维,柑橘果肉等)发育的重要载体。相关研究不仅对于人类认识自然具有深远的科学意义,而且对农业生产也具有重要的现实意义。

花粉管携带两个精子细胞从柱头进入花柱和引导组织,从引导组织表面穿出后,沿株柄生长,最后通过珠孔进入胚囊。在生长过程中,花粉管经多种信号引导定向到达胚囊,该过程称为花粉管导向。它受到严格遗传调控,具有种属特异性,在限制种间杂交,保持物种特异性过程中具有重要作用。

花粉管如何萌发、识别和响应外界信号来实现定向生长?研究发现,过氧化物酶体蛋白DAYU通过调控过氧化物酶体发生,调控花粉在柱头萌发;TOD1则可能通过神经酰胺信号途径在花粉管膨压产生和调控过程中起作用;内质网蛋白POD1参与花粉管对信号的响应;高尔基体蛋白iPOD1在调控花粉管极性生长过程中起重要作用。在蓝猪耳草、拟南芥和玉米中,来自胚囊助细胞的小肽、蛋白质具有花粉管吸引能力,而中央细胞则可以通过调控助细胞中花粉管吸引信号的产生影响花粉管定向导入。

植物生殖发育生物学中,花粉管传递精子到卵子完成受精的分子识别机制研究对于深刻理解种属特异性,在限制种间杂交农业生产应用中具有重要意义。比如,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。在模式植物拟南芥中,膜表面受体蛋白激酶(MIK和MDIS1)复合体响应并接受来自胚囊的信号,启动花粉管的定向生长,同时,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,是植物生殖领域的重大突破,为克服杂交育种中杂交不亲和性提供了重要的理论依据。