促進被子植物種間遺傳隔離的機制研究取得重要進展[圖]

    物種之間的遺傳隔離是維持一個物種不與其他物種混雜的關(guān)鍵，有多種因素可以導(dǎo)致物種間的遺傳隔離。160年前，英國博物學(xué)家達爾文用實驗驗證了一種植物的花粉在與其他物種花粉的競爭中“勝出”的現(xiàn)象，即后來稱為“同種花粉優(yōu)先”的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象非常重要，維護了物種的純系遺傳。然而，在過去的一個多世紀中，人們對這種現(xiàn)象的分子機制仍然知之甚少。

    蛋白質(zhì)與植物基因研究國家重點實驗室（北京大學(xué)）瞿禮嘉課題組發(fā)現(xiàn)，若將擬南芥的花粉與另一種與擬南芥親緣關(guān)系很近的物種琴葉擬南芥的花粉一起共同授于擬南芥的柱頭上，在小肽信號AtLURE1正常的植物中，擬南芥的花粉管被優(yōu)先吸引，競爭性明顯；而在缺失了AtLURE1信號的突變體植株中，擬南芥的花粉管被優(yōu)先吸引的能力就顯著降低。這表明，AtLURE1s并不是擬南芥雌性器官分泌的吸引雄方花粉管的唯一信號，而是一類通過增加自身花粉管競爭能力、促進與親緣關(guān)系相近物種產(chǎn)生遺傳隔離的信號（見附圖）；該研究結(jié)果賦予了AtLURE1新的生物學(xué)功能，為達爾文在160年前用實驗驗證了的“同種花粉優(yōu)先”現(xiàn)象提供了分子機制層面的解釋。

    該課題組進一步發(fā)現(xiàn)，擬南芥的雌性器官還可以分泌四個沒有物種特異性的吸引花粉管的小肽信號，這幾個小肽信號不僅可以吸引擬南芥的花粉管，還可以吸引其他近緣種如琴葉擬南芥和哈勒氏擬南芥的花粉管；他們把這四個沒有物種特異性的小肽命名為XIUQIU（為“繡球”的漢語拼音，取自中國古代待嫁女子拋繡球選丈夫的典故）。這也解釋了為什么在所有AtLURE1s基因被突變后，擬南芥的花粉管仍然能夠找到胚珠、完成受精并產(chǎn)生種子。“繡球”小肽信號的發(fā)現(xiàn)極大地完善了小肽信號調(diào)控有花植物受精過程的作用模型。該研究成果近期在Science雜志發(fā)表。

左圖：擬南芥AtLURE1s-PRK6小肽受體信號通路通過特異吸引自身花粉管穿出隔膜的作用，促進A. thaliana與近緣種A. lyrata的遺傳隔離。右圖：物種特異的吸引花粉管的小肽AtLURE1s與非物種特異的吸引花粉管的小肽XIUQIUs共同調(diào)控花粉管的導(dǎo)向過程。