开花植物面临着我们哺乳动物幸运地避免的问题:如何避免自花授粉,从而避免近亲繁殖。看看一朵花,自花授粉似乎不可避免——细长的雌蕊,容纳着卵细胞,紧挨着携带花粉的雄蕊。但这些植物进化出一种独特的机制,称为自交不亲和性,以防止这种情况发生。生物学家在一段时间内已经了解了雌蕊对这种防御机制的贡献。然而,等式的雄性部分长期以来一直让他们难以捉摸。直到现在。今天发表在《自然》杂志上的两份报告阐明了花粉如何避开自花授粉。
一个名为S-RNase基因的单一基因调节雌蕊在自交不亲和性中的作用。这个基因有许多变体,或等位基因,为了使繁殖发生,卵子和花粉必须携带不同的等位基因。当花粉落在花的雌蕊上时,雌蕊表面的蛋白质使其能够将花粉的S-等位基因与其自身的进行比较。如果不同,花粉就被允许通过一个称为花柱的隧道向下移动,以使内部的卵子受精。但如果相同,雌蕊就会拒绝花粉。在发现该基因十年后,宾夕法尼亚州立大学的高德辉(Teh-hui Kao)及其同事,以矮牵牛植物为研究对象,最终确定了自交不亲和性的花粉成分——一个被称为PiSLF的基因。
第二项研究由英国伯明翰大学的斯蒂芬·G·托马斯(Stephen G. Thomas)和维罗妮卡·E·富兰克林-汤(Veronica E. Franklin-Tong)进行,揭示了雌蕊的拒绝实际上会导致花粉自杀。该团队以常见的罂粟植物Papaver rhoeas为实验对象,揭示了花粉在遇到不相容雌蕊时诱导的生化事件。在花粉中产生的特定化学物质表明,它的死亡是通过一种称为程序性细胞死亡的机制发生的,这在避免自花授粉的背景下是前所未见的。
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在随附的文章中,密苏里大学的植物生物化学家布鲁斯·麦克卢尔(Bruce McClure)讨论了这两项研究对于理解自交不亲和性如何控制植物繁殖的重要性。“鉴于这些新发现,”他写道,“研究现在可以转向解码花粉和雌蕊之间交换的生化细节。”——阿拉·卡茨内尔森(Alla Katsnelson)