植物是如何保证卵细胞与一个精子成功融合后，不再与其他精子融合以便确保其遗传稳定性？3月31日，Nature（《自然》）在线发表武汉大学生命科学学院孙蒙祥教授课题组的最新研究成果，阐释了植物防止多精入卵的新机制，揭示了一个人们长期不了解的植物受精奥秘。
受精是动植物生活周期的关键事件，即来自父亲的一个精子与来自母亲的一个卵细胞融合形成受精卵，受精卵则是新生命的起始。然而，在正常受精过程中，精子的数目远远大于卵细胞的数目。但植物是如何保证卵细胞只与一个精子成功融合的，迄今仍知之甚少。
与动物不同的是，植物的卵细胞深埋在母体组织中，很难获得开展相关研究工作。经过长期摸索，孙蒙祥课题组创建了一套独特的卵细胞分离技术，并结合单细胞测序技术，构建了国际上首个拟南芥卵细胞和受精卵转录组数据库， 并从中鉴定得到两个只在卵细胞特异表达的天冬氨酸蛋白酶ECS1和ECS2。
卵细胞分泌的天冬氨酸蛋白酶阻止多精入卵
研究发现在受精前，ECS1和ECS2主要分布在卵细胞内，而当精细胞与卵细胞融合后，ECS1和ECS2则迅速分泌在卵细胞周围，降解其附属细胞（助细胞）分泌的花粉管吸引信号Lure，从而阻止输送更多精子的花粉管进入胚囊，避免受精卵再度与精子融合。
课题组同时揭示了卵细胞可以感知受精成功，只有在受精成功时卵细胞才会释放ECS，阻止多余花粉管进入，进而明确回答了为什么在受精不成功情况下花粉管仍可以进入胚囊，而受精成功后又可迅速阻止多余精细胞进入胚囊的疑问。
植物防止多精入卵的机制的意义在于：一方面能保持后代遗传稳定性，否则物种无法保持下去。另一方面，可充分利用雄性资源使更多的卵细胞受精，产生更多的后代，对作物来讲，能产生更多的种子，有更高的产量。
武汉大学禹小波博士后，张雪成博士生和赵鹏副教授为该论文共同第一作者。武汉大学孙蒙祥教授和德国雷根斯堡大学Thomas Dresselhaus为论文共同通讯作者。第一作者单位为武汉大学。此项研究受到国家自然科学基金重大项目的资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03387-5
