《Plant Cell》：解开植物的性秘密

目前，英国莱斯特大学的一个生物学研究小组，解开了关于植物精子细胞形成的一个谜团。研究人员发现，开花植物制造的一对蛋白质，对每个花粉粒中的精子产生至关重要。相关研究结果发表在最近的国际知名期刊《Plant Cell》。

　　

生物通报道：目前，英国莱斯特大学的一个生物学研究小组，解开了关于植物精子细胞形成的一个谜团。研究人员发现，开花植物制造的一对蛋白质，对每个花粉粒中的精子产生至关重要。

科学家们已经知道，与动物相反，开花植物需要两个精子细胞才能成功受精：一个精子细胞与卵细胞结合产生胚胎，另一个精子细胞与第二细胞结合产生种子内部营养丰富的胚乳。这更“双受精”过程的神秘在于，每一个花粉粒是如何能够产生两个精子细胞的。

莱斯特大学Twell实验室的这项突破性研究，发表在最近的国际知名期刊《Plant Cell》，发现了称为DAZ1和DAZ2的一对基因，对于两个精子细胞的制造，起着必不可少的作用。具有DAZ1和DAZ2突变版本的植物所产生的花粉粒，只有一个精子细胞，无法受精。

研究表明，DAZ1和DAZ2是由DUO1蛋白控制，该蛋白充当“总开关”的作用——所以DUO1和DAZ1/DAZ2基因同步发挥作用，来控制一个基因网络，该基因网络可确保每个花粉粒中形成两个有繁殖能力的精子。

有趣的是，DAZ1和DAZ2基因通过与一个知名的“阻遏”蛋白（称为TOPLESS，可阻碍不必要的基因活动，否则这些基因活动会阻止精子和种子的产生）合作来发挥其作用。虽然TOPLESS蛋白在植物中有许多作用，但是以前还没有将其与精子的产生联系在一起。

莱斯特大学生物学系的David Twell教授带领了这项研究，他说：“我们通常理所当然的认为，植物是有性生殖。这是一个复杂的过程，已经被科学研究了一个多世纪，但是直到最近，我们才开始了解其背后的机制。

“我们希望，用我们的结果来破译有性生殖的起源，并进一步阐明这个神秘的过程——植物如何在花粉粒内制造有生育能力的精子，对于大部分粮食作物的生产来说，这个过程是必不可少的。”

考虑到对雄性生育能力的重要性，DAZ1和DAZ2基因的发现，有可能应用于开发新的植物育种技术，来防止基因在作物之间、或作物与野生物种之间进行不必要的传递——或水平基因转移。

这项新的研究结果，也产生了新的遗传工具和思考方式，监测环境压力对生殖过程的影响。对于将来我们努力培育优良作物，以在气候变化条件下保持产量，此类信息可能变得越来越重要。

（生物通：王英）

延伸阅读：中国农大等《Plant Cell》发表植物生理学新成果。

生物通推荐原文摘要：
An EAR-Dependent Regulatory Module Promotes Male Germ Cell Division and Sperm Fertility in Arabidopsis
Abstract: The production of the sperm cells in angiosperms requires coordination of cell division and cell differentiation. In Arabidopsis thaliana, the germline-specific MYB protein DUO1 integrates these processes, but the regulatory hierarchy in which DUO1 functions is unknown. Here, we identify an essential role for two germline-specific DUO1 target genes, DAZ1 and DAZ2, which encode EAR motif–containing C2H2-type zinc finger proteins. We show that DAZ1/DAZ2 are required for germ cell division and for the proper accumulation of mitotic cyclins. Importantly, DAZ1/DAZ2 are sufficient to promote G2- to M-phase transition and germ cell division in the absence of DUO1. DAZ1/DAZ2 are also required for DUO1-dependent cell differentiation and are essential for gamete fusion at fertilization. We demonstrate that the two EAR motifs in DAZ1/DAZ2 mediate their function in the male germline and are required for transcriptional repression and for physical interaction with the corepressor TOPLESS. Our findings uncover an essential module in a regulatory hierarchy that drives mitotic transition in male germ cells and implicates gene repression pathways in sperm cell formation and fertility.