最早的陸地植物出現(xiàn)于距今4億7千萬年前，此后苔蘚植物和維管植物各自獨(dú)立演化。至今，地球上約有2萬種苔蘚類植物，是僅次于被子植物的第二大類群，分屬于苔綱、蘚綱和角苔綱三個(gè)綱。地錢作為苔綱的代表植物，具有雌雄異株、單倍體主導(dǎo)生活史、基因組簡(jiǎn)單、冗余性低等特點(diǎn)，適合作為模式植物來進(jìn)行研究。不同于被子植物的管粉受精模式，包埋于地錢雄性生殖托的精子囊在精子成熟后會(huì)在水的浸潤(rùn)下釋放出游動(dòng)的精子。隨后，精子可隨液滴飛濺至雌性生殖托，并游動(dòng)進(jìn)入頸卵器與卵細(xì)胞結(jié)合，完成受精。然而，地錢精子囊遇水釋放精子的分子機(jī)制尚不清楚。

近日，中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李紅菊研究組發(fā)掘了地錢雄性生殖結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，鑒定到四個(gè)地錢Mildew resistance Locus O（MLO）基因家族成員（MpMLO1-4）。MLO家族蛋白是植物特有的，具有7次跨膜結(jié)構(gòu)域和羧基端鈣調(diào)蛋白結(jié)合結(jié)構(gòu)域。在被子植物中，MLO家族蛋白分化出較多功能，如參與調(diào)控免疫識(shí)別、根的形態(tài)建成、叢枝菌根共生以及花粉管的導(dǎo)向等。研究顯示，四個(gè)MpMLO成員均只在地錢生殖結(jié)構(gòu)中表達(dá)。進(jìn)一步，研究發(fā)現(xiàn)，在地錢精子囊成熟過程中，MpMLO1特異表達(dá)在地錢精子囊外被層頂端細(xì)胞中，并通過介導(dǎo)細(xì)胞質(zhì)鈣信號(hào)來誘導(dǎo)頂端細(xì)胞的程序性死亡。精子囊外被層頂端細(xì)胞的凋亡使得外界水進(jìn)入精子囊，并最終引起精子囊破裂，從而實(shí)現(xiàn)精子釋放。

近日，相關(guān)研究成果以MpMLO1 controls sperm discharge in liverwort為題，發(fā)表在《自然-植物》（Nature Plants）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃的支持。

論文鏈接

MpMLO1通過啟動(dòng)精子囊外被層頂端細(xì)胞的凋亡調(diào)控地錢精子釋放