2025年5月22日，beat365官方网站、基因功能研究與操控全國重點實驗室、北大-清華生命科學聯合中心、新基石研究員瞿禮嘉教授及其研究組的鐘聲研究員在《植物生物學年鑒》（Annual Review of Plant Biology）上發表了題目為“Ingenious male–female communication ensures successful double fertilization in angiosperms”的長篇綜述。該論文系統全面地梳理并總結了過去二十餘年植物生殖生物學領域中關于被子植物雌-雄相互作用的重要進展，内容涵蓋了從花粉落在柱頭上到花粉管爆裂并釋放出精細胞後精卵融合受精的全過程，同時也闡明了相關分子機制在植物育性維持和推動農業育種創新中的重要意義。

被子植物能在陸地生态系統中占據絕對優勢地位，關鍵在于其具有獨特且高效的粉管授精（siphonogamy）策略，即通過花粉管在雌蕊中的持續生長，将兩個不具運動能力的精細胞直接輸送至雌方胚囊，完成被子植物特有的雙受精，進而形成胚和胚乳并發育成種子。分子遺傳學、活細胞成像和生物化學等不同手段的研究結果表明，花粉水合萌發、花粉管生長和導向、花粉管接收和破裂，以及精卵融合等環節均依賴高度協調的細胞之間的信号交流。

北京大學的瞿禮嘉/鐘聲團隊長期緻力于被子植物有性生殖過程雌-雄相互作用的分子機理研究，他們的研究成果系統地揭示了植物雌-雄相互作用中的不同過程和重要現象的分子調控。機理例如：

傳粉過程：研究團隊揭示了十字花科自花授粉的植物中存在保守的“兩步授粉”機制，該機制是植物的一種“未雨綢缪”的備份授粉方式，幫助植物在花粉受限以及逆境脅迫的情況下可以産生更多的種子，從而提升植物的環境适應性（Liu et al., Cell, 2025）。

花粉管與柱頭互作過程：研究團隊解析了柱頭-花粉識别過程中的“鎖-鑰模型”，闡明該分子識别機制是植物在柱頭處建立雜交屏障的分子基礎，從分子層面解析了上世紀中葉就提出的遠緣雜交育種方法“花粉蒙導效應”的分子調控機制；并首次采用花粉“鑰匙”精準打破柱頭處的雜交屏障（Lan et al., Cell, 2023）。

花粉管導向過程：研究團隊揭示了具有物種特異性的花粉管吸引信号AtLURE1s通過增加自身花粉管在與其他物種花粉管之間的導向競争能力，促進與親緣關系相近的物種産生遺傳隔離。該發現在分子層面上解釋了達爾文一百多年前在《物種起源》中提到的“同種花粉優先”的現象（Zhong et al., Science, 2019）。

花粉管導向和接收過程：研究團隊揭示了被子植物中“阻止多花粉管穿出”與“受精補償”之間完美協調的分子調控機制，花粉管分泌的RALF小肽信号與隔膜處的受體結合、建立阻止多花粉管穿出隔膜的“屏障”達到阻止多精受精的目的；當花粉管爆裂後，RALF小肽急劇減少，解除了“屏障”，以使更多的花粉管在需要“受精補償”時穿出隔膜進行第二次受精（Zhong et al., Science, 2022）。

花粉管爆裂過程：瞿禮嘉教授團隊揭示了花粉管完整性維持的分子機制，即在花粉管生長過程中，自分泌小肽信号RALF4/19與花粉管細胞膜上的受體結合、維持花粉管完整性；當花粉管到達胚囊後，胚囊分泌的小肽信号如RALF34與RALF4/19競争性結合相同受體，從而促使花粉管破裂釋放出精細胞，為雙受精作好準備（Ge et al., Science, 2017）。

此次瞿禮嘉/鐘聲團隊受邀為Annual Review of Plant Biology撰寫的這篇綜述，整合了過去幾十年中鑒定出來的雌-雄相互作用各個階段的分子調控網絡，包括1、柱頭-花粉識别确保親和授粉（花粉/花粉管-柱頭相互作用）；2、助細胞分泌的小肽信号精準吸引花粉管（花粉管導向）；3、花粉管到達胚囊後精準破裂釋放精細胞（花粉管接收和爆裂）；4、雌雄配子融合完成雙受精。同時，該綜述還在分子層面上闡明了阻止多花粉管靶向同一胚珠（polytubey block）的機制與受精補償（fertilization recovery）機制之間是如何實現協同與平衡的。該綜述還強調了單細胞轉錄組測序、活體成像等前沿技術的應用，對于研究雌-雄相互作用的潛力和重要意義。

此外，該綜述還對雌-雄相互作用領域未來的研究方向進行了前瞻性探讨，提出了“植物雌-雄相互作用的分子調控機制研究為未來農業育種提供了新機遇”的觀點。目前，對被子植物雌-雄相互作用過程分子機制的大部分認知都源于對模式植物拟南芥的研究，這些研究闡明了雌-雄相互作用重要節點的雌雄識别分子機制，可為農業育種中作物育性的維持與保障提供深入的理解，同時也為精準打破植物生殖障礙、實現遠緣雜交、創造新種質提供了重要的理論基礎和底層技術。此外，多種雌-雄配子相互作用存在缺陷的突變體已應用于單倍體誘導，未來結合對配子融合事件的進一步研究，發現更多的新的雌-雄相互作用過程的新因子，對于建立單倍體誘導的新體系、加速單倍體育種具有重要的意義。

圖1 被子植物雌雄相互作用總覽

原文鍊接：https://www.annualreviews.org/content/journals/10.1146/annurev-arplant-083123-071512