Only Perception: 不尋常的植物基因：因協議而節慾

2007-12-26

不尋常的植物基因：因協議而節慾

Biologists find unusual plant gene: abstinence by mutual consent
http://www.physorg.com/news117381801.html

December 20, 2007

加州大學聖地牙哥分校（UCSD）的生物學家發現一種植物基因，那只有在雌性與與雄性的生殖細胞都同時出現突變時，才會中斷受精作用。

他們的發現，在 20 日的 Current Biology 期刊線上版中詳述，因其不尋常的特性，已被命名為『abstinence by mutual consent（因協議而節慾）』突變。

"目前已知在植物中有不允許受精的突變，不過通常這些突變不是起因於雄性生殖細胞的突變，就是雌性生殖細胞的突變，" Julian Schroeder 說，UCSD 的生物科學教授，本研究的領導者。"在此基因中，當只有雌性帶有突變時，正常完整的受精作用會發生，而當只有雄性攜有突變時，受精作用也會發生。不過，當雄性與雌性的生殖細胞同時均攜有突變時，受精作用會徹底中斷。"

科學家表示，這種新基因的發現，那控制植物接受（undergo）受精作用的能力，對於植物培育與永續發展能有重要的應用。

"導致作物不孕的突變能為培育者提供一種強而有力工具，他很可能不想讓他們的植物與相關品種雜交，" Aurelien Boisson-Dernier 說，Schroeder 實驗室中的博士學者，也是本論文的第一作者。"相反地，培育者有時候喜歡讓它們與關係較遠的品種雜交來培育作物，但因為無法受孕而不能雜交。例如，若雄性與雌性生殖細胞無法適當溝通的話，要添加來自於其他品種的有益抗壓基因或許不可能。"

在動植物中，受精作用依賴複雜與特化的機制，那能精確地將雄性的生殖精細胞傳遞到雌性的卵細胞。受精需要精與卵細胞的融合。在開花植物（亦稱顯花植物、被子植物）中，雄性花粉管（pollen tube）攜帶精細胞。一旦花粉管靠近卵細胞，受精作用需要花粉管的破裂（burst）。

花粉管破裂會將精細胞從花粉管內排出，故精子能與雌性生殖細胞結合。（譯註：花粉靠近雌蕊會在柱頭上發芽，花粉發芽後會形成一個營養核 (花粉管核) 與二個生殖核 (精子)，接著從柱頭深入子房當中的胚珠。胚珠內有卵和極核，會分別與二精子結合形成胚與胚乳，胚珠成為種子，子房則成為果實。請參考相關報導）。

在研究中，為何他們所發現的突變會在芥菜植物阿拉伯芥（Arabidopsis）中導致受精作用中斷？科學家發現當花粉管接近雌性卵細胞時不會破裂。所以在芥菜植物中，來自於花粉的精細胞不會向雌性細胞排出。相反的，花粉管會繼續生長通過卵細胞。

"這種『因協議而節慾基因』是到目前為止第一個被確認，同時在植物雄性與雌性的生殖細胞中，具有關鍵功能的基因。這對於將精細胞傳遞到卵細胞來說，是不可或缺的，" Boisson-Dernier 說。

"『因協議而節慾』的突變花粉，作用如同附近沒有卵細胞並繼續生長，Schroeder 提到。"這相當有趣，因為這種花粉不會破裂只發生在雄性與雌性同時帶有突變的情況下，這暗示『因協議而節慾基因』不知怎的讓雄性花粉（注意，不是精細胞）與雌性生殖細胞彼此交談。"

Boisson-Dernier 發現，此基因負責製造一種蛋白質，稱為 peroxin，那以細胞內部稱為過氧化物酶體（peroxisomes）的小型胞器為目標。在細胞中，過氧化物酶體這個小胞器的主要功能是將脂肪酸新陳代謝掉，保護細胞免受有毒的自由基傷害，也因此產生一系列的訊號分子。

Boisson-Dernier 的發現證明過氧化物酶體在雄性精子載體與雌性卵細胞之間的對話中，扮演一種意料之外的關鍵角色。這也相當重要，UCSD 的研究者說，在雌性或雄性生殖細胞的過氧化物酶體中所產生的可擴散訊號，足以讓雄性--雌性溝通持續進行。來自於雄性或雌性之過氧化物酶體的訊號，足以制止花粉管的破裂，使得精細胞不會被釋出。

"下一個有趣的問題是，過氧化物酶體所產生，導致花粉管終止破裂的訊號是什麼，" Schroeder 說。

Boisson-Dernier 補充，"『為何此訊號只有在花粉管接近雌性生殖細胞時才會終止花粉管的破裂』這些發現事實上暗示這裡或許需要第二種訊號或第二種關鍵，讓花粉只有在雄性與雌性接近彼此時才會破裂。"

※ 相關報導：

＊ The Peroxin Loss-of-Function Mutation abstinence by mutual consent Disrupts Male-Female Gametophyte Recognition
http://www.current-biology.com/content/article/abstract?uid=PIIS0960982207023652