當天雷勾動地火，接下來呢？

 

植物的胚珠。圖片來源：維基百科

有性生殖（sexual production）對生物來說是一件非常重要的事。它帶來基因多樣性，讓生物能做到「龍生九子，子子不同」。所以，雖然有些人喜歡把這個過程誇張的描述為「天雷勾動地火」，但其實這樣描寫也不算太過份。

要進行有性生殖，首先要透過減數分裂（meiosis）來產生配子（gamete）。產生配子是因為要能維持每一代的遺傳物質的量穩定。想想：如果我們不經過減數分裂就產生配子，我們的下一代就會變成四倍體、再下一代是八倍體...

或許你覺得沒什麼，但是當基因的量一直增加，要合成這些基因就要消耗非常多的資源。這種情況會引起多種問題。首先，染色體數量的不斷增加會使得細胞分裂變得複雜並可能導致細胞功能障礙。此外，過多的基因拷貝可能引起基因表現失調，影響正常的生理功能。長期而言，這種基因累積可能會對個體的適應性和生存造成負面影響，增加遺傳疾病的風險，並對種群的健康和持續性產生重大挑戰。

如果生物產生配子不需要減數分裂，可能會導致基因多樣性大幅減少。減數分裂是一種特殊的細胞分裂過程，使得配子（精子和卵子）含有一半的染色體數量，從而當它們結合時，能夠產生一個具有完整染色體組的新個體。這個過程增加了遺傳變異，是生物進化和種內多樣性的關鍵驅動力。若沒有減數分裂，後代將直接繼承父母的全部基因，這將限制變異和適應新環境的能力，可能導致生物多樣性的減少和對環境變化的適應性降低。

所以，透過減數分裂來產生配子，的確有它的必要。而產生的配子，接下來就會進入「靜止期」，等待受精那「天雷勾動地火」的時刻。

過去的研究已經發現，植物的精子（花粉）會停留在細胞週期的G1或G2期。但是卵會不會進入靜止期？應該會吧。如果卵進入靜止期，它會停留在那個階段？

如果要討論高等植物的卵，就還要討論另外一個細胞：中央細胞（central cell，也就是所謂的「極核」polar nuclei）。要知道，高等植物的受精是所謂的「雙重受精」（double fertilization）：一個精核與卵結合，另一個精核則與中央細胞結合。所以，不能只討論卵而不討論中央細胞。

研究團隊做了一些實驗，結果很有趣。植物的卵細胞停留在G2期，但是中央細胞卻停留在S期。

過去有許多研究發現，在S期的細胞要繼續推進，需要一個稱為RBR1的蛋白質。研究團隊也發現，未受精的中央細胞裡面有相當多的RBR1累積，但在受精後7-8小時就幾乎測不到了。

檢測這個時間點表現的基因，研究團隊發現了CYCD7;1這個蛋白質。CYCD7;1是所謂的D型週期素（cyclin），這些蛋白質負責調節細胞進出不同細胞週期階段。

為了確認，他們透過一系列實驗證明了CYCD7;1能夠導致RBR1的分解，包括利用突變體和高度表達系統來觀察CYCD7;1對RBR1穩定性的影響。結果確認了RBR1的分解的確需要CYCD7;1，而進一步的測試也發現精子裡面有CYCD7;1的mRNA。

所以，研究團隊證明了植物的卵細胞因為有RBR1使卵細胞在形成後就停留在靜止階段，而受精時精子帶入了CYCD7;1使RBR1分解，讓卵細胞與中央細胞重新活化，使合子（zygote，即受精卵）得以進入細胞週期的下一階段。

參考文獻：

Simonini S, Bencivenga S, Grossniklaus U. A paternal signal induces endosperm proliferation upon fertilization in Arabidopsis. Science. 2024 Feb 9;383(6683):646-653. doi: 10.1126/science.adj4996. Epub 2024 Feb 8. PMID: 38330116.