中科院遗传与发育生物学研究所的杨维才研究组，研究方向是植物生殖发育的分子遗传学，尤其是雌配子体和胚胎发育过程中细胞极性、细胞命运、细胞分化和雌雄配子细胞相互作用的分子遗传机制。近期，杨维才研究员带领的研究小组，先后在国际学术期刊《Nature》和《pLOS Genetics》发表两项重要学术成果。

受精需要精子和卵细胞的结合，而精子能否被及时的传递到卵子是受精的关键。在被子植物中，精子是通过花粉管来传递的，但花粉管是如何将精子传递到卵子的呢？这是植物生殖生物学几十年来关注的主要问题，也是杂交育种的技术瓶颈之一。杨维才研究组首次分离到了花粉管识别雌性吸引信号的受体蛋白复合体，并揭示了信号识别和激活的分子机制。这一成果于2月11日在线发表在国际顶尖学术期刊《Nature》上。相关阅读：中国学者最新Nature文章；中国科学家2月参与发表多篇Nature文章。

这项研究发现，因为不具备动物精子的游动能力，被子植物中胚囊会分泌信号分子引导花粉管定向生长，花粉管将精子细胞运送到胚囊里，进而和包裹在胚囊内的卵细胞结合。杨维才研究组在对拟南芥这种植物的研究中，通过反向遗传学手段，在花粉管中筛选到了两个膜表面受体蛋白激酶(MIK和MDIS1)，参与花粉管对胚囊信号分子的响应。一系列的生化和细胞生物学实验结果显示，两个受体蛋白激酶共同接受胚囊的信号，并启动花粉管的定向生长。

更重要的是，研究人员通过转基因手段把其中的一个信号受体导入另一种植物荠菜中，并和拟南芥进行杂交实验，转基因荠菜的花粉管识别拟南芥胚囊的效率大大提高。该研究是植物生殖领域的重大突破，并通过基因工程手段建立了利用生殖关键基因打破生殖隔离的方法，为克服杂交育种中杂交不亲和性提供重要的理论依据。一直以来，杂交障碍的主要原因之一就是雌雄配子体的有效识别。这一发现不仅揭示了植物生殖的奥秘，更为杂交育种开辟了新天地。

立即索取QuantiGene核酸定量产品的更多资料

开花植物的特征是双受精，在这个过程中，卵细胞和胚囊中央细胞，与精子融合，并分别产生一个二倍体合子和一个三倍体初生胚乳细胞。在细胞分裂和分化后，受精卵发育成胚胎,并开始下一代的新旅程。同时，初生胚乳细胞继续进行核分裂，生成一个合胞体，并在细胞化之后发展成为胚乳。胚胎发育从受精卵的不对称分裂开始。在第一次合子分裂后，产生一个小的顶端细胞和一个长的基底细胞，这建立了一个早期胚胎的模式。在植物和动物早期胚胎发生过程中，受精卵的不对称分裂，对于模式形成是至关重要的。这需要在受精之前/之后内在和外在线索的整合。然而，这些线索是如何被翻译成发育信号，目前还知之甚少。3月25日，国际遗传学期刊《pLOS Genetics》在线发表了杨维才课题组的一项研究成果，对这个问题进行了探讨。

为了解开控制受精卵不对称分裂的分子机制，杨维才研究员带领的研究小组，筛选了他们的Ac / Ds插入株系，以寻找控制早期胚胎发生的突变，并报道了其中一个突变zar1。在zar1中，受精卵在伸长后被遏止或显示对称分裂。这个突变对于顶点和基底细胞命运也有轻微的影响，这也由细胞谱系特定标记的误表达而得以体现。ZAR1编码RLK/pelle激酶家族的一个成员，并与钙调蛋白和异源三聚体G蛋白Gβ相互作用，无论是在体外和体内。这些数据表明，ZAR1可能作为细胞内Ca2+和异源三聚体G蛋白信号、与受精卵早期发育过程中的细胞外信号的一个整合因子。有趣的是，Gβ或ZAR1功能的完全丧失，表现出很弱的表型。这表明，在早期胚胎发生过程中，可能有遗传冗余和可塑性。当然，还需要更多的研究，来分析植物胚胎早期发育的复杂性。

（生物通：王英）

注：杨维才 男 博士、研究员、博士生导师。1984年兰州大学学士。1987年兰州大学硕士。1994年荷兰Wageningen大学博士。1996年美国Cold Spring Harbor实验室博士后，1996-2000年新加坡国立大学分子农业生物学院博士后。2000－2002年新加坡Temasek Life Sciences Laboratory高级科学家，植物生殖和棉花生物技术实验室主任。2003年加入中国科学院遗传与发育生物学研究所，2004年获中国科学院“****”择优支持。2004年国家杰出青年科学基金获得者。杨维才研究组目前研究方向是植物生殖发育的分子遗传学，尤其是雌配子体和胚胎发育过程中细胞极性、细胞命运、细胞分化和雌雄配子细胞相互作用的分子遗传机制。其目标是利用拟南芥、水稻等模式植物来探讨发育生物学的基本问题，并以此为模式研究农作物基因功能。

生物通推荐原文：
A receptor heteromer mediates the male perception of female attractants in plants. Nature. 2016 Mar 10;531(7593):241-4. doi: 10.1038/nature16975.

The Arabidopsis Receptor Kinase ZAR1 Is Required for Zygote Asymmetric Division and Its Daughter Cell Fate. Nature. 2016 Mar 10;531(7593):241-4. doi: 10.1038/nature16975.