福建农林大学团队重大发现！

N海都全媒体记者 周婉怡

近日，福建农林大学吴双教授团队在Science期刊在线发表研究论文，在番茄上首次解析植物通过形成特殊表皮毛，改变花的结构，进而改变授粉方式的分子机制。

据介绍，番茄（Solanum lycopersicum）是茄科植物中少数由开花授粉转变为闭花授粉的园艺植物之一。当番茄的近缘种进化成为番茄属时，其花的结构发生改变，产生花粉的花药逐渐形成闭合结构。其后，当野生番茄被驯化成现代栽培番茄时，番茄花的结构进一步发生改变，形成完全包裹花柱的闭合桶状花药结构。这种转变使得番茄完全自花授粉，其结实率相比野生番茄显著提高，但目前对于番茄闭花授粉方式形成的机制仍然不完全清楚。

本研究首先发现现代栽培番茄的花药边缘形成了一类特殊的表皮毛结构，通过相互铰链，形成一个类似拉链的结构，将相邻的花药紧紧锁住，形成密闭的花药桶结构。通过遗传筛选，研究人员发现，当控制番茄表皮毛的关键调控因子发生负显性突变时，番茄闭花授粉结构被破坏，出现花药散开的现象。研究人员进一步鉴定到此负显性突变影响的多个关键基因。这些关键基因同属于一类可以激活下游基因表达的HD-Zip IV转录因子。它们不但在番茄花药锁扣表皮毛起始细胞中高表达，而且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。有趣的是，这些HD-Zip IV转录因子同时也在花柱的顶部区域高表达，同样通过浓度剂量调控花柱细胞的核内复制，进而促进花柱的极性伸长。

在还未真正变成番茄的近缘茄科植物类番茄中，花药边缘的锁扣表皮毛还未进化，完全缺失。当进化到野生番茄（潘那利番茄）时，其花药边缘开始形成早期的锁扣表皮毛，但这类简单的早期锁扣表皮毛不足以促进花药闭合。通过驯化，锁扣表皮毛在现代番茄中逐渐成熟和复杂化，最终促进形成闭合的花药桶结构。

该研究解析了植物通过调控表皮毛的发育改变花器官的结构，这可为未来改造植物授粉方式，增加结实率和提高植物的逆境适应力，以及未来转基因作物的安全控制提供重要参考。

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授粉是现代农业杂交和育种最基本的技术。除了人工授粉外，植物授粉总体上有两种形式：自花授粉和异花授粉。

约有五分之一的被子植物进行自花传粉。自花授粉有利于群体的遗传稳定性，保留优势性状，尤其在驯化的作物中，有利于形成新的品种。因此很多常见的作物，包括水稻、小麦、豆类、花生、土豆、番茄等都是自花授粉植物。

而自花授粉中，闭花授粉则是一种最典型最严格的方式。闭花授粉植物花朵的柱头在授粉期时与外界严格隔绝，杜绝了外源花粉的接触和污染，因此可以保持遗传性状的稳定。在孟德尔遗传定律的发现过程中，豌豆因为闭花授粉方式使得关键的性状一直维持稳定，为遗传定律的发现起到关键作用。在自然界中，闭花授粉也常是植物应对极端逆境的重要方式。在农业生产中，闭花授粉除了能够保持优良品种稳定的农艺性状外，还因为闭花授粉的高效率往往导致较高的结实率。

转基因技术被称为人类科技史上应用发展最快的技术，也被称为是第二次绿色革命的依托技术。然而转基因也在一定层面上引起了争议，使得其应用与发展受到了很大的局限。其中一个担忧便是转基因植物在户外种植时，其花粉可扩散到它的近缘作物上，从而产生潜在的“基因污染”，将转基因植物转变为闭花授粉是解决这一问题的重要途径和策略。因此，研究植物闭花授粉形成的机制对于提高农作物结实率、控制转基因植物的花粉污染具有重要参考价值。

编辑：白白