研究闡明開花植物如何避開自花授粉

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開花植物面臨著我們哺乳動物幸運地避免的問題:如何避免自花授粉,從而避免近親繁殖。看看一朵花,自花授粉似乎不可避免——細長的雌蕊,容納著卵細胞,緊挨著攜帶花粉的雄蕊。但這些植物進化出一種獨特的機制,稱為自交不親和性,以防止這種情況發生。生物學家在一段時間內已經瞭解了雌蕊對這種防禦機制的貢獻。然而,等式的雄性部分長期以來一直讓他們難以捉摸。直到現在。今天發表在《自然》雜誌上的兩份報告闡明瞭花粉如何避開自花授粉。

一個名為S-RNase基因的單一基因調節雌蕊在自交不親和性中的作用。這個基因有許多變體,或等位基因,為了使繁殖發生,卵子和花粉必須攜帶不同的等位基因。當花粉落在花的雌蕊上時,雌蕊表面的蛋白質使其能夠將花粉的S-等位基因與其自身的進行比較。如果不同,花粉就被允許透過一個稱為花柱的隧道向下移動,以使內部的卵子受精。但如果相同,雌蕊就會拒絕花粉。在發現該基因十年後,賓夕法尼亞州立大學的高德輝(Teh-hui Kao)及其同事,以矮牽牛植物為研究物件,最終確定了自交不親和性的花粉成分——一個被稱為PiSLF的基因。

第二項研究由英國伯明翰大學的斯蒂芬·G·托馬斯(Stephen G. Thomas)和維羅妮卡·E·富蘭克林-湯(Veronica E. Franklin-Tong)進行,揭示了雌蕊的拒絕實際上會導致花粉自殺。該團隊以常見的罌粟植物Papaver rhoeas為實驗物件,揭示了花粉在遇到不相容雌蕊時誘導的生化事件。在花粉中產生的特定化學物質表明,它的死亡是透過一種稱為程式性細胞死亡的機制發生的,這在避免自花授粉的背景下是前所未見的。


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在隨附的文章中,密蘇里大學的植物生物化學家布魯斯·麥克盧爾(Bruce McClure)討論了這兩項研究對於理解自交不親和性如何控制植物繁殖的重要性。“鑑於這些新發現,”他寫道,“研究現在可以轉向解碼花粉和雌蕊之間交換的生化細節。”——阿拉·卡茨內爾森(Alla Katsnelson)

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