植物受精大揭密

 

圖片來源：EMBO Reports

被子植物演化出了「雙重受精」，使它得以稱霸地球。目前認為，被子植物應該是在侏羅紀和下白堊紀期間出現。雙重受精牽涉到兩個精細胞要分別與卵和中央細胞融合。然而，演化使精細胞失去了運動能力，需要藉助花粉管將其送到深埋在雌蕊基部的胚珠，才能完成植生大事。

過去的研究結果讓我們知道，植物跟動物一樣，不會出現所謂的多重受精的狀況。但是，到底受精的過程中發生了什麼事，以及如果有多個花粉管朝向一個胚珠前進時，植物如何防止多重受精（polyspermy）的發生，仍然未知。

最近，日本名古屋大學的研究團隊發明了一種「雙光子活體成像」（two-photon live imaging）的技術，可以針對單個花粉管進行即時影像分析。

首先，要先確認是不是真的會有多個花粉管對到一個胚珠的狀況。研究團隊觀察到野生種Col-0的阿拉伯芥每朵花有46.8±3.3個胚珠，而授粉後18小時每朵花的花粉管數量為70±3.6。也就是說，多個花粉管對到一個胚珠的狀況的確會發生。

那麼，植物是否也有阻斷多重受精的機制呢？

研究團隊找了gcs1、fer、lre、maa1、maa3和myb98的突變株來觀察。這些基因過去已經知道與植物的受精有關。結果發現，在fer突變株中，出現了多管（polytubey）--多根花粉管進入單個胚珠--的現象，顯示這個基因對於防止多管是最重要的。另外，lre也非常重要。另外還有ANJ與HERK1，他們與FER共同組成了一個受體樣激酶複合體，在協同細胞中表現。

另外，研究團隊也發現，在花粉萌發初期，協同細胞會釋放被稱為LUREs的小分子肽，用來吸引花粉管朝胚珠生長；但是當第一根花粉管到達胚珠時，FER受體就會送出信號，讓協同細胞釋出硝酸鹽，使LUREs對花粉管的吸引力下降，防止多個花粉管進入同一個胚珠。

研究團隊認為，植物應該還有其他的排斥信號來協助阻止多管受精，但還需要進一步的研究來找到詳細的機制。

所以，植物與動物一樣，也有特別的機制阻止多管受精！

參考文獻：

Yoko Mizuta, Daigo Sakakibara, Shiori Nagahara, Ikuma Kaneshiro, Takuya T Nagae, Daisuke Kurihara, Tetsuya Higashiyama. Deep imaging reveals dynamics and signaling in one-to-one pollen tube guidance. EMBO Reports, 2024; DOI: 10.1038/s44319-024-00151-4