在国家自然科学基金及湖南省自然科学基金的资助下，湖南师范大学生命科学学院植物分子与发育生物学研究室栾升、李东屏、于峰等在研究中发现，在被子植物双受精过程中，锚蛋白基因（ANK6）是调控植物精细胞与卵细胞、中央细胞相互识别的关键成员，ANK6还会与SIG5因子相互作用，控制植物中雌雄配子体的识别。该研究结果对深入理解植物双受精的分子机制，促进提高植物结实率以及提高农作物产量的研究具有重要意义。
弄清植物双受精的分子机制，对提高植物结实率及提高农作物产量都有重要意义。近日，湖南师范大学生命科学学院植物分子与发育生物学研究室栾升等人在此领域取得新进展，相关研究结果发表在《美国科学院院报》（PNAS）上。
奇妙的被子植物双受精过程
“双受精是被子植物所特有的生殖现象。”湖南师范大学生科院植物分子与发育生物学研究室教授陈良碧解释说：“双受精过程通常被划分为花粉管引导、花粉管接受和精卵识别3个阶段。当植物开花后，雄蕊产生的花粉粒落到雌蕊的柱头上，花粉萌发产生花粉管，花粉管内两个精子细胞随着花粉管在花柱道内的延伸而最终到达子房，通过胚珠的珠孔进入胚囊，在一个正降解的助细胞中花粉管停止生长，并释放出两个精子细胞，一个精子细胞与卵细胞融合形成合子，合子发育成胚；另一个精子细胞与中央细胞的极核融合发育成胚乳，胚、胚乳和珠被发育成种子。这一过程称为双受精。”
“双受精在传递亲本
遗传物质，加强后代个体活力和适应性等方面具有重要的意义。精、卵融合就把父、母本具有差异的遗传物质组合在一起，形成具有双重遗传性的合子。由于配子间的相互同化，形成的后代，就有可能形成一些新的变异。由受精的极核发展成的胚乳是三倍体的，同样兼有父、母本的遗传特性，作为新生一代胚期的养料，可以为巩固和发展这一特点提供物质条件，更利于种子发育成幼苗。”陈良碧说。
虽然早在1898年，科学家们就发现了植物双受精现象；此后，又有很多学者对受精过程中细胞结构与功能的关系、生理生化的变化等进行了详细的研究。但是，科学界对于双受精分子调控机制的研究进展仍然相对有限，特别是对于精细胞与卵细胞、中央细胞的识别和融合过程的分子机制还知之甚少。
最近几年来，科学家们在双受精过程相关基因及信号分子的鉴定方面取得了一些进展。双受精过程相关基因及信号分子研究也是湖南师范大学生命科学学院植物分子与发育生物学研究室的工作重点之一。
七年研究终获突破
在研究中，该课题组选用的仍是在植物科学，包括遗传学和植物发育研究中常用的模式生物——拟南芥。“虽然拟南芥具有基因组小、易于培养，生长周期短、遗传转化容易等优点，但是在双受精研究中，它并不是最好的研究对象。”李东屏说，“拟南芥雌雄配子体个体小，且雌配子体被厚厚的珠被所包裹，很难进行分离和操作，这让实验操作变得非常繁琐和困难。”
在特聘教授栾升的指导下，李东屏带领硕士生于峰等在实验室展开了一遍遍复杂的筛选和鉴定工作。其后，他们又与首都师范大学教授李乐攻合作，利用激光共聚焦结合荧光蛋白标志技术、激光共聚焦扫描技术（CLSM）、植物细胞双分子荧光互补技术（BiFC）等新技术，对ANK6在受精过程中的作用进行了持续7年之久的深入研究。
研究发现，ANK6基因是调控植物精细胞与卵细胞、中央细胞相互识别的关键成员，敲除了ANK6基因后精细胞与卵细胞以及精细胞与中央细胞的识别出现障碍，双受精无法进行，不能形成胚和胚乳，因此不能形成种子。研究还发现，ANK6蛋白和一个原本在叶绿体中起作用，但生殖生长时在线粒体中起转录起始因子作用的SIG5相互作用，通过控制线粒体基因的表达来控制植物中雌雄配子体的识别。这一重要研究结果已于近日在《美国科学院院报》（PNAS）上在线发表。
李东屏说：“ANK6是精、卵细胞中都高表达的蛋白，单独精细胞突变或单独卵细胞突变对受精没有影响，只有精细胞和卵细胞都为突变体时，它们的识别才会出现障碍。故推测该蛋白的功能很可能是影响某一可移动的信号分子的产生。因此，进一步开展受ANK6-SIG5调节的下游靶分子的鉴定研究对于认识植物双受精过程中雌雄配子识别的分子机制有重要意义。”
陈良碧指出，该研究结果的意义在于，从理论上加深了对植物双受精的分子机制认识。在应用前景上，有望提高农作物受精率，提高植物结实率，进而提高农作物产量的重要途径。植物双受精分子机制的深入解析，对生物学性状好、但结实率不高的水稻等农作物品种的遗传改良具有重要的参考价值。
事实上，湖南师范大学植物分子与发育生物学研究室一直在基础研究和应用研究的相互促进、协同发展方面具有良好传统。栾升2003年受聘湖南师范大学潇湘学者以来，与陈良碧、李东屏一起带领其团队成员以拟南芥和水稻为研究材料，在植物双受精、镁离子转运、ABA抗逆等基础理论研究方面取得一些重要进展。他们一方面把在拟南芥基础理论方面的研究成果向水稻应用方面转化，同时坚持把水稻基因功能研究方面的结果在拟南芥中验证。该团队与国家杂交水稻中心等合作，在杂交水稻不育系的培育、杂交水稻育种等方面也取得了突出成果。
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