福建农林大学破解番茄自花授粉的秘密

福建农林大学破解番茄自花授粉的秘密

近日，福建农林大学吴双教授团队在国际顶级期刊《科学》发表了一项突破性研究，首次揭示了番茄闭花授粉的分子机制。这一发现不仅增进了我们对植物生殖生物学的理解，更为提高农作物产量和改良作物品种提供了新的思路。

在自然界中，植物的授粉方式主要分为两大类：异花授粉和自花授粉。异花授粉需要借助昆虫、风等外力将花粉从一朵花传递到另一朵花，而自花授粉则是在同一朵花或同一植株内完成授粉过程。

闭花授粉是一种特殊的自花授粉方式，其特点是花朵在授粉期间与外界完全隔绝，只能接受自身花粉进行授粉。这种机制在植物界中并不常见，但在某些作物如番茄、豌豆中却发挥着重要作用。

闭花授粉的优势在于：

• 保持遗传性状稳定：由于杜绝了外来花粉的干扰，后代能够保持亲本的优良性状
• 提高结实率：闭花授粉效率高，能显著提高结实率
• 增强逆境适应力：在恶劣环境下，闭花授粉能确保植物顺利完成繁殖

研究团队发现，番茄通过形成一种特殊的表皮毛结构，改变了花的形态，从而实现了闭花授粉。具体来说，番茄花药边缘发育出一种类似“拉链”的表皮毛，这些表皮毛相互铰链，将相邻的花药紧紧锁住，形成一个密闭的花药桶结构。这种结构将雌蕊的柱头完全包裹在内，确保了闭花授粉的进行。

进一步的研究揭示了这一过程背后的分子机制。三个关键的HD-Zip IV转录因子在其中发挥了重要作用：

• 这些转录因子在花药锁扣表皮毛起始细胞中高表达，通过蛋白浓度剂量效应调控锁扣表皮毛的起始和核内复制
• 同时，它们还在花柱顶部区域高表达，调控花柱细胞的核内复制，促进花柱的极性伸长

这一发现首次解析了植物如何通过调控表皮毛的发育来改变花器官的结构，进而改变授粉方式的分子机制。

这一发现对农业生产具有重要意义：

1. 提高作物产量：闭花授粉能显著提高结实率，有助于增加作物产量
2. 改良作物品种：通过调控HD-Zip IV基因，可以改造作物的授粉方式，培育出更适应特定环境的品种
3. 转基因作物安全控制：闭花授粉能防止转基因作物的基因外泄，提高生物安全性

目前，许多重要作物如水稻、小麦、大豆等都是自花授粉植物。未来，科学家有望将这一机制应用于更多作物，通过改造作物的分子结构来改变其授粉方式，实现农业生产的革新。

尽管这一发现已经揭示了番茄闭花授粉的基本机制，但科学家们还有许多工作要做。例如，如何将这一机制应用到其他作物上？如何在保持闭花授粉优势的同时，避免因遗传多样性降低带来的风险？这些问题都需要进一步研究。

福建农林大学的这项研究为我们打开了一扇新的大门，让我们得以一窥植物繁殖的奥秘。随着研究的深入，我们有理由相信，这一发现将为未来的农业生产带来革命性的变化。