2025年4月14日，beat365官方网站、北大-清華生命科學聯合中心瞿禮嘉/鐘聲團隊在Cell期刊在線發表題為“A two-step self-pollination mechanism maximizes fertility in Brassicaceae”的研究論文（Liu^#, Quan^#, Song^# et al., Cell, 2025），首次報道了他們在十字花科自花授粉植物中新發現的保守的“兩步授粉”機制，該機制植物的一種“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能夠産生更多的種子、從而提升植物的環境适應性。

衆所周知，被子植物是陸地植物中最大類群，人類耐以生存的諸多糧食和經濟作物幾乎都來自于被子植物。被子植物能成為最大類群的陸地植物的一個重要原因是其有性生殖采用了被子植物所獨有的“粉管受精”方式，從而使得其有性生殖過程完全擺脫了對水的依賴，顯著提高了環境适應性。傳粉過程作為“粉管受精”的第一步，其傳粉的質量和數量是後續成功完成有性生殖過程、産生後代種子的重要前提。瞿禮嘉/鐘聲團隊的這項研究通過長時間線的追蹤拍攝觀察到了十字花科多種自花授粉植物中存在的“兩步授粉”機制這一“新現象”，即這些自花授粉植物在花瓣打開之前就會完成第一次授粉；而在花瓣打開一段時間之後，花瓣會再次關閉，進行第二次授粉。他們通過細緻的觀察不僅發現了雌雄蕊的交替伸長是“兩步授粉”機制的重要前提，還發現第二次授粉顯著提升了柱頭面積的授粉利用率。更為重要的是，他們還進一步解析了“兩步授粉”機制的生物學意義，他們發現，其實，第一次授粉完全可以保障植物在正常環境下的育性，而具有時空特異性的第二次授粉則是作為一種“未雨綢缪”的備份授粉方式，幫助自花授粉植物在花粉受限以及逆境脅迫的情況下産生更多的種子，從而保障了植物的育性。這一傳粉新機制的闡明，為逆境下農作物的增産實踐提供了新的思路。值得一提的是，在“粉管受精”的過程中，被子植物的育性保障是由包括“授粉”機制在内的一系列連續的雌雄相互作用來共同協同實現的。

除了此次闡明的“兩步授粉”新機制以外，瞿禮嘉/鐘聲實驗室經過近十年的不懈努力，還逐一揭示了雌雄互作過程各個節點的分子調控機制，包括花粉管如何完成識别并穿透柱頭的過程（Lan et al., Cell, 2023）、花粉管導向過程同種花粉管如何優先占據受精機會進入胚珠（Zhong et al., Science, 2019）、花粉管進入胚珠後又是如何被識别并爆裂釋放出精細胞（Ge et al., Science, 2017）。同時，他們還揭示了植物通過雌雄相互作用阻止多花粉管同時穿出隔膜、以防止多精受精，以及在雙受精失敗後吸引新的花粉管來進行受精補償二者背後的分子調控機制，厘清了這兩個重要事件間建立的精妙平衡關系（Zhong et al., Science, 2022）。他們的研究成果系統性地闡明了被子植物雌雄互作過程重要節點的分子調控機制，極大地拓展和深化了人們對于被子植物通過“粉管受精”産生種子的有性生殖過程的理解（Zhong, Lan and Qu, Annu Rev Plant Biol, 2025）；同時，這些發現也為通過人工操縱方法打破雜交障礙、實現植物遠緣雜交奠定了基礎。

圖1 十字花科自花授粉植物中的“兩步授粉”機制

beat365官方网站的2019級博士研究生劉璞、2024級博士研究生全鑫和已畢業博士研究生宋子菡博士為該論文的共同第一作者，鐘聲研究員和瞿禮嘉教授為共同通訊作者。德國雷根斯堡大學Thomas Dresselhaus教授、北京大學顧紅雅教授、清華大學謝道昕院士和崖洲灣實驗室楊維才院士共同參與了該項研究工作。此外，該工作還得到了上海師範大學楊仲南教授、武漢大學孫蒙祥教授、中國科學院植物研究所郭亞龍研究員和孔宏智研究員在實驗材料、實驗設計等方面給予的大力幫助。該項研究得到了國家自然科學基金、新基石科學基金和北大-清華生命科學聯合中心的資助支持。

原文鍊接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00294-6