著名學者Science：轉基因改變植物授粉方式

　　十一月六日，在《Science》發表的一項研究中，來自英國伯明翰大學的科學家通過轉基因培育出一種植物，會拒絕它自己的花粉或近親種的花粉。

　　自花授粉或“自交”對植物可能是有害的，會造成近親繁殖和不健康的后代。這一突破性的研究成果，可以更低的成本、更快地培育更強、更有適應性的農作物，是追求安全和充足糧食供應的一種新方法。

　　該研究小組采用自花授粉植物擬南芥——卷心菜、花椰菜和油菜的近緣種，通過轉入來自虞美人（Papaver rhoeas）的兩個基因，使其自交不親和，從而使受體植物能夠識別和拒絕自身花粉，同時允許雜交授粉。自花授粉植物到自交不親和植物的這種轉換，一直是植物自交不親和研究的一個長期目標。

　　大多數花的基本解剖結構，意味著雄性花粉緊挨著雌性生殖器官產生，從而有自花授粉的風險，而不是接受來自風或昆蟲傳播的不同花的花粉。當花粉落在開花植物的柱頭上時，花粉萌發并發育出一根花粉管，其通過柱頭和其他雌性組織生長，然后進入植物的子房以影響受精。如果這涉及到自體花粉，它會導致近交，從而引起不斷縮小的基因庫和不健康的后代。伯明翰大學研究小組在過去的幾年中，在理解“虞美人花避免自花授粉的機制”方面，取得了重大進展。

　　起主要作用的是兩個自交不親和性（SI）蛋白：一個“受體”PrpS，由柱頭產生的花粉和信號蛋白（叫PrsS）組成。植物有其自己的身份，由它們產生的PrpS和PrsS的確切版本指定。這樣，花能識別出自己正通過PrpS/PrsS相互作用，與“自體”進行相互作用，這會觸發一些化學信號，引起花粉的抑制，涉及一種被稱為“程序性細胞死亡”的機制，從而告知不親和的花粉，要自殺才萌發，并開始延伸它們的花粉管。相反，如果花粉和柱頭表達不匹配的SI基因，“自體”識別就不會發生，授粉就是成功的。

　　研究小組之前曾將虞美人的花粉PrpS基因轉到擬南芥中，后者是自花授粉的。當表達PrpS的花粉粒暴露于匹配的雌性重組PrsS蛋白時，就會發生SI特異性識別，從而導致自交不親和性反應，具有他們在罌粟中觀察到的標志特點。

　　在這項研究中，研究人員把來自罌粟的雌性PrsS基因轉到擬南芥中，他們發現，該基因在擬南芥雌蕊中表達，并拒絕匹配的“自體”花粉。然后，他們表明，共同表達花粉和柱頭SI基因的擬南芥植物，表現出完全拒絕自花粉。這首次表明，僅僅這2個罌粟SI基因，就足以在高度分化的自交親和物種中，產生強大的自交不親和性。

　　本文通訊作者、著名植物學家、伯明翰大學生物科學學院的Noni Franklin-Tong教授說：“這是一項重要的成果，因為幾十年來，這一直是植物科學家一個難以捉摸的重要目標。我經常被問到，為什么我們選用虞美人，它與作物沒有親緣關系，因為人們一直認為，必須使用作物近緣種的相關基因，才能實現這個目標。現在我們可以說，我們的堅持已經得到了回報。我們的研究結果解答了關于植物信號網絡如何演化的問題，因為這項研究表明，通過把這2個基因作為鎖和鑰匙，我們可以得到另一個信號通路和指定的生理結果。”

　　這項研究，在“利用自交不親和系統作為培育雜交植物一個潛在替代手段”方面，是一個重大的進步，雜種優勢可以給作物更好的產量，并優于它們的父母本。本文共同作者、伯明翰大學生物科學學院的Chris Franklin教授說：“這代表著‘自交不親和S決定因素’幾十年研究的高潮，希望它們最終可能會被轉移到作物中，以更容易地培育雜種F1代。這項研究可能提供一種天然的機制，生產雜交植物。能夠控制打開或關閉植物的自花授粉，可能是植物育種的一個重大提高，使我們更容易和更便宜地產生優良的雜交植物和更多的種子。”