我院2014届校友兰子君在Cell杂志上发表研究论文
这一模型的核心元素包括如下组分:1)由柱头的乳突细胞表面的受体FER/ANJ/HERK1/CVY1、乳突细胞自分泌小肽sRALF1/22/23/33,以及细胞壁蛋白LRX3/4/5这些组分协作构建成"锁",该“锁”能阻止花粉管穿入柱头。2)自己的花粉以及近缘植物种的花粉携带的7个旁分泌小肽pRALF10/11/12/13/25/26/30即为"钥匙",该“钥匙”打开柱头处的"锁",使得花粉管可以穿入柱头。远缘植物的花粉由于没有携带这个“钥匙”,打不开柱头处的“锁”,因而远缘植物的花粉管就无法穿入柱头,这就形成了不同植物种间/属间杂交的障碍。如果把同种花粉与远缘花粉混合授粉,由于同种花粉携带有“钥匙”,可以打开“锁”,远缘花粉管跟着同种花粉管一起穿入柱头,这就是“花粉蒙导效应”。特别需要强调的是,通过突变去除柱头处组成这个"锁"的任一组分,“锁”的功能就会失效,远缘花粉管就可以穿入柱头,这个在柱头处的植物生殖障碍就会被打破。更为重要的是,人工合成同种花粉携带的“钥匙”(即同种花粉的pRALF小肽)施加到柱头上,可以完美地替代"同种蒙导花粉",让远缘花粉有效地穿入柱头,成功克服柱头处的这个关键的生殖障碍(见下图)。应用这一成果,他们成功地在两种于两千七百万年前开始分化的、现在分属两个不同属的植物种之间实现了远缘杂交并获得了杂交胚。
该项发现是植物生殖生物学和植物远缘杂交领域的重大突破,不仅揭示了植物在柱头处关键生殖杂交屏障建立的分子基础,还清楚地解析了上世纪提出的“花粉蒙导效应”,从而找到了一种简单、有效的方法打破植物柱头处的关键生殖障碍。这对于未来我们打破植物种间/属间生殖隔离、实现植物远缘杂交、为农业、园艺等领域创制全新的种质资源具有重要的理论意义和广阔的应用前景。
北京大学英国正版365官方网站博士后兰子君和2018级博士研究生宋子菡为该论文的共同第一作者,钟声副研究员和瞿礼嘉教授为该论文的共同通讯作者,北京大学博士后王志娟和李玲、博士研究生支帅骅、李其昀和王锐涵、电镜平台刘轶群博士和张立为共同作者,北京大学英国正版365官方网站顾红雅教授和现代农学院王继纵研究员、美国罗格斯大学董娟教授以及德国雷根斯堡大学Thomas Dresselhaus教授也参与了该项研究工作。该项研究得到了国家自然科学基金委、新基石科学基金会(新基石研究员项目)、北大-清华生命科学联合中心和中国科协青年人才托举工程的大力支持。
【校友信息】兰子君,生物技术2014届本科毕业生。现在北京大学英国正版365官方网站做博士后。
文章链接:https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)00981-9