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不同尋常的細(xì)胞融合
2018-7-23 閱讀(1024)
研究小組，通過活細(xì)胞成像檢測了植物細(xì)胞的胚珠，揭示出了基于不同尋常的細(xì)胞融合的一種新型細(xì)胞消除系統(tǒng)。由此闡明了開花植物在成功受精后防止進(jìn)一步吸引多個花粉管的機(jī)制。
研究小組一起通過活細(xì)胞成像技術(shù)證實了，諸如擬南芥一類的開花植物會通過細(xì)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(xì)胞壁，在植物細(xì)胞中細(xì)胞融合極為罕見。迄今為止只觀察到另外兩個植物細(xì)胞融合的例子，并且從發(fā)現(xiàn)受精過程中兩種配子之間發(fā)生兩細(xì)胞融合至今已過去了110多年。這項新研究報告了發(fā)生在開花植物正常發(fā)育過程中的第三種植物細(xì)胞融合事件。
這項研究，概述了植物細(xì)胞之間通訊的復(fù)雜機(jī)制，在成功受精后一種不同尋常的細(xì)胞融合選擇性消除了負(fù)責(zé)吸引花粉管的細(xì)胞。該研究揭示出植物啟動了一類新型的細(xì)胞融合破壞了一種特殊的細(xì)胞，并闡明了開花植物有性生殖的進(jìn)化。
開花植物是通過雌配子（生殖細(xì)胞）與雄配子受精來進(jìn)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(nèi)的大多數(shù)開花植物中成熟胚珠，包含有由2個助細(xì)胞、1個卵細(xì)胞、1個中央細(xì)胞和3個反足細(xì)胞構(gòu)成的一個7細(xì)胞胚囊。一對助細(xì)胞定位在卵細(xì)胞的附近，Higashiyama研究小組在2011年報告稱發(fā)現(xiàn)，助細(xì)胞是吸引花粉管朝著胚珠的必要條件?；ǚ酃芡ㄟ^珠孔進(jìn)入到胚珠中。
開花植物通過讓花粉管穿過助細(xì)胞（退化助細(xì)胞），隨后花粉管破裂將兩個精細(xì)胞釋放到胚囊中完成雙受精。兩個精細(xì)胞分別與卵細(xì)胞和中央細(xì)胞受精生成胚和胚乳，終發(fā)育為種子。一旦發(fā)生受精，第二種助細(xì)胞（宿存助細(xì)胞）會在成功受精數(shù)小時內(nèi)退化。因此，其他的花粉管無法再接近受精*房，這一機(jī)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(xì)胞會繼續(xù)存留，吸引第二花粉管補(bǔ)救早先的受精失敗。
研究人員說：“盡管已經(jīng)確定了助細(xì)胞的作用，我們卻并沒有確切地認(rèn)知在成功受精的情況下宿存助細(xì)胞是如何退化及誘導(dǎo)polytubey阻斷機(jī)制的。通過高度敏感的活細(xì)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(xì)胞和胚乳之間一種從所未有細(xì)胞融合（SE融合），這終導(dǎo)致了宿存助細(xì)胞失活。”
由中央細(xì)胞受精誘導(dǎo)的SE融合引起了宿存助細(xì)胞中預(yù)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(xì)胞中和中央細(xì)胞壁之間有一層非常薄的細(xì)胞壁，他們猜想這是細(xì)胞壁快速瓦解的必要條件。SE融合似乎控制了宿存助細(xì)胞細(xì)胞核消除，在SE融合后與胚乳增殖同步發(fā)生了宿存助細(xì)胞細(xì)胞核的瓦解。他們還觀察到宿存助細(xì)胞和胚乳之間連貫的細(xì)胞質(zhì)，為兩細(xì)胞融合提供了證據(jù)。另一方面，卵細(xì)胞受精強(qiáng)有力地激活了乙烯信號，也誘導(dǎo)了宿存助細(xì)胞中細(xì)胞核的選擇性瓦解。因此，通過協(xié)同的SE融合和乙烯信號宿存助細(xì)胞*喪失了它的花粉管吸引功能。
研究人員說：“2012年當(dāng)我們看到宿存助細(xì)胞和胚乳之間發(fā)生了細(xì)胞融合時感到非常的興奮。于是我們繼續(xù)觀察了這一現(xiàn)象以了解其機(jī)制，由此發(fā)現(xiàn)了一個*的三步polytubey阻斷機(jī)制:卵細(xì)胞和中央細(xì)胞協(xié)同發(fā)揮關(guān)鍵作用，通過細(xì)胞融合及隨后的細(xì)胞核瓦解除去了宿存助細(xì)胞。”
研究解開了開花植物在成功受精后一個復(fù)雜的阻止進(jìn)一步受精的關(guān)閉機(jī)制。雌配子的雙受精觸動了一種不同尋常的細(xì)胞融合及特異的細(xì)胞瓦解失活了負(fù)責(zé)吸引花粉管的細(xì)胞。有意思的是，當(dāng)個花粉管受精失敗時開花植物能夠取消這種polytubey阻斷機(jī)制。因此，這使得能夠吸引第二個花粉管，恢復(fù)受精的機(jī)會。
我們成功揭示了開花植物細(xì)胞中由初始受精引起的一種*的細(xì)胞融合機(jī)制。我們認(rèn)為這一研究發(fā)現(xiàn)清楚地闡明了一些細(xì)胞融合事件，并進(jìn)一步認(rèn)識了植物中的受精機(jī)制。這有可能促使開發(fā)出一些新的途經(jīng)來提高植物受精成功率，這或許會在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用。
