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2025年5月22日，北京大学生命科学学院、基因功能研究与操控全国重点实验室、北大-清华生命科学联合中心、新基石研究员瞿礼嘉教授及其研究组的钟声研究员在《植物生物学年鉴》（Annual Review of Plant Biology）上发表了题目为“Ingenious male–female communication ensures successful double fertilization in angiosperms”的长篇综述。该论文系统全面地梳理并总结了过去二十余年植物生殖生物学领域中关于被子植物雌-雄相互作用的重要进展，内容涵盖了从花粉落在柱头上到花粉管爆裂并释放出精细胞后精卵融合受精的全过程，同时也阐明了相关分子机制在植物育性维持和推动农业育种创新中的重要意义。
被子植物能在陆地生态系统中占据绝对优势地位，关键在于其具有独特且高效的粉管授精（siphonogamy）策略，即通过花粉管在雌蕊中的持续生长，将两个不具运动能力的精细胞直接输送至雌方胚囊，完成被子植物特有的双受精，进而形成胚和胚乳并发育成种子。分子遗传学、活细胞成像和生物化学等不同手段的研究结果表明，花粉水合萌发、花粉管生长和导向、花粉管接收和破裂，以及精卵融合等环节均依赖高度协调的细胞之间的信号交流。
北京大学的瞿礼嘉/钟声研究组长期致力于被子植物有性生殖过程雌-雄相互作用的分子机理研究，他们的研究成果系统地揭示了植物雌-雄相互作用中的不同过程和重要现象的分子调控机理，例如：
● 传粉过程：研究团队揭示了十字花科自花授粉的植物中存在保守的“两步授粉”机制，该机制是植物的一种“未雨绸缪”的备份授粉方式，帮助植物在花粉受限以及逆境胁迫的情况下可以产生更多的种子，从而提升植物的环境适应性（Liu et al., Cell, 2025）。
● 花粉管与柱头互作过程：研究团队解析了柱头-花粉识别过程中的“锁-钥模型”，阐明该分子识别机制是植物在柱头处建立杂交屏障的分子基础，从分子层面解析了上世纪中叶就提出的远缘杂交育种方法“花粉蒙导效应”的分子调控机制；并首次采用花粉“钥匙”精准打破柱头处的杂交屏障（Lan et al., Cell, 2023）。
● 花粉管导向过程：研究团队揭示了具有物种特异性的花粉管吸引信号AtLURE1s通过增加自身花粉管在与其他物种花粉管之间的导向竞争能力，促进与亲缘关系相近的物种产生遗传隔离。该发现在分子层面上解释了达尔文一百多年前在《物种起源》中提到的“同种花粉优先”的现象（Zhong et al., Science, 2019）。
● 花粉管导向和接收过程：研究团队揭示了被子植物中“阻止多花粉管穿出”与“受精补偿”之间完美协调的分子调控机制，花粉管分泌的RALF小肽信号与隔膜处的受体结合、建立阻止多花粉管穿出隔膜的“屏障”达到阻止多精受精的目的；当花粉管爆裂后，RALF小肽急剧减少，解除了“屏障”，以使更多的花粉管在需要“受精补偿”时穿出隔膜进行第二次受精（Zhong et al., Science, 2022）。
● 花粉管爆裂过程：瞿礼嘉教授团队揭示了花粉管完整性维持的分子机制，即在花粉管生长过程中，自分泌小肽信号RALF4/19与花粉管细胞膜上的受体结合、维持花粉管完整性；当花粉管到达胚囊后，胚囊分泌的小肽信号如RALF34与RALF4/19竞争性结合相同受体，从而促使花粉管破裂释放出精细胞，为双受精作好准备（Ge et al., Science, 2017）。
此次瞿礼嘉/钟声团队受邀为Annual Review of Plant Biology撰写的这篇综述，整合了过去几十年中鉴定出来的雌-雄相互作用各个阶段的分子调控网络，包括1、柱头-花粉识别确保亲和授粉（花粉/花粉管-柱头相互作用）；2、助细胞分泌的小肽信号精准吸引花粉管（花粉管导向）；3、花粉管到达胚囊后精准破裂释放精细胞（花粉管接收和爆裂）；4、雌雄配子融合完成双受精。同时，该综述还在分子层面上阐明了阻止多花粉管靶向同一胚珠（polytubey block）的机制与受精补偿（fertilization recovery）机制之间是如何实现协同与平衡的。该综述还强调了单细胞转录组测序、活体成像等前沿技术的应用，对于研究雌-雄相互作用的潜力和重要意义。
此外，该综述还对雌-雄相互作用领域未来的研究方向进行了前瞻性探讨，提出了“植物雌-雄相互作用的分子调控机制研究为未来农业育种提供了新机遇”的观点。目前，对被子植物雌-雄相互作用过程分子机制的大部分认知都源于对模式植物拟南芥的研究，这些研究阐明了雌-雄相互作用重要节点的雌雄识别分子机制，可为农业育种中作物育性的维持与保障提供深入的理解，同时也为精准打破植物生殖障碍、实现远缘杂交、创造新种质提供了重要的理论基础和底层技术。此外，多种雌-雄配子相互作用存在缺陷的突变体已应用于单倍体诱导，未来结合对配子融合事件的进一步研究，发现更多的新的雌-雄相互作用过程的新因子，对于建立单倍体诱导的新体系、加速单倍体育种具有重要的意义。
图1 被子植物雌雄相互作用总览
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