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不同尋常的細胞融合
2018-7-23 閱讀(1005)
研究小組，通過活細胞成像檢測了植物細胞的胚珠，揭示出了基于不同尋常的細胞融合的一種新型細胞消除系統。由此闡明了開花植物在成功受精后防止進一步吸引多個花粉管的機制。
研究小組一起通過活細胞成像技術證實了，諸如擬南芥一類的開花植物會通過細胞融合來阻止受精后吸引第二個花粉管。由于存在較堅硬的細胞壁，在植物細胞中細胞融合極為罕見。迄今為止只觀察到另外兩個植物細胞融合的例子，并且從發現受精過程中兩種配子之間發生兩細胞融合至今已過去了110多年。這項新研究報告了發生在開花植物正常發育過程中的第三種植物細胞融合事件。
這項研究，概述了植物細胞之間通訊的復雜機制，在成功受精后一種不同尋常的細胞融合選擇性消除了負責吸引花粉管的細胞。該研究揭示出植物啟動了一類新型的細胞融合破壞了一種特殊的細胞，并闡明了開花植物有性生殖的進化。
開花植物是通過雌配子（生殖細胞）與雄配子受精來進行有性生殖。一旦在柱頭上成功授粉，花粉管會通過雌蕊向下朝著子房生長。在包括擬南芥在內的大多數開花植物中成熟胚珠，包含有由2個助細胞、1個卵細胞、1個中央細胞和3個反足細胞構成的一個7細胞胚囊。一對助細胞定位在卵細胞的附近，Higashiyama研究小組在2011年報告稱發現，助細胞是吸引花粉管朝著胚珠的必要條件。花粉管通過珠孔進入到胚珠中。
開花植物通過讓花粉管穿過助細胞（退化助細胞），隨后花粉管破裂將兩個精細胞釋放到胚囊中完成雙受精。兩個精細胞分別與卵細胞和中央細胞受精生成胚和胚乳，終發育為種子。一旦發生受精，第二種助細胞（宿存助細胞）會在成功受精數小時內退化。因此，其他的花粉管無法再接近受精*房，這一機制稱作為“polytubey阻斷”（ polytubey的意思就是一個胚珠接受多個花粉管）。另一方面，倘若受精失敗，第二助細胞會繼續存留，吸引第二花粉管補救早先的受精失敗。
研究人員說：“盡管已經確定了助細胞的作用，我們卻并沒有確切地認知在成功受精的情況下宿存助細胞是如何退化及誘導polytubey阻斷機制的。通過高度敏感的活細胞成像檢測擬南芥胚珠，我們看到了兩個雌配子成功受精觸動了宿存助細胞和胚乳之間一種從所未有細胞融合（SE融合），這終導致了宿存助細胞失活。”
由中央細胞受精誘導的SE融合引起了宿存助細胞中預先分泌的花粉管引誘劑快速稀釋。投射電子顯微鏡檢查未受精的胚珠揭示在助細胞中和中央細胞壁之間有一層非常薄的細胞壁，他們猜想這是細胞壁快速瓦解的必要條件。SE融合似乎控制了宿存助細胞細胞核消除，在SE融合后與胚乳增殖同步發生了宿存助細胞細胞核的瓦解。他們還觀察到宿存助細胞和胚乳之間連貫的細胞質，為兩細胞融合提供了證據。另一方面，卵細胞受精強有力地激活了乙烯信號，也誘導了宿存助細胞中細胞核的選擇性瓦解。因此，通過協同的SE融合和乙烯信號宿存助細胞*喪失了它的花粉管吸引功能。
研究人員說：“2012年當我們看到宿存助細胞和胚乳之間發生了細胞融合時感到非常的興奮。于是我們繼續觀察了這一現象以了解其機制，由此發現了一個*的三步polytubey阻斷機制:卵細胞和中央細胞協同發揮關鍵作用，通過細胞融合及隨后的細胞核瓦解除去了宿存助細胞。”
研究解開了開花植物在成功受精后一個復雜的阻止進一步受精的關閉機制。雌配子的雙受精觸動了一種不同尋常的細胞融合及特異的細胞瓦解失活了負責吸引花粉管的細胞。有意思的是，當個花粉管受精失敗時開花植物能夠取消這種polytubey阻斷機制。因此，這使得能夠吸引第二個花粉管，恢復受精的機會。
我們成功揭示了開花植物細胞中由初始受精引起的一種*的細胞融合機制。我們認為這一研究發現清楚地闡明了一些細胞融合事件，并進一步認識了植物中的受精機制。這有可能促使開發出一些新的途經來提高植物受精成功率，這或許會在農業生產中得到應用。
