山形大学理学部的澁田未央助教等人组成的研究团队，揭示了花粉能够在停止活动的状态下长期存活、并在必要时迅速开始活动的机制。研究发现，花粉吸水后细胞核结构法相变化，重启基因功能，细胞分裂开始分阶段推进。该成果有望应用于提升作物授粉效率及生产稳定性等农业领域，相关研究成果已发表在期刊《Plant Direct》的6月2日刊上。
图1 通过细胞周期标志物染色开展的雄原细胞状态解析（供图：山形大学助教澁田未央）
部分被子植物的花粉会在干燥状态下成熟，通过暂时停止活动实现长期存活。花粉的寿命与干燥耐性因物种而异，部分物种的花粉会在短时间内丧失功能。
另一方面，无论何种植物的花粉，授粉后都会在短时间内伸长花粉管，运送参与双受精的两个精细胞。花粉这种兼顾“活动停止状态”与“活动快速重启状态”的机制，此前未得到充分阐明。
精细胞通过花粉内雄原细胞的细胞分裂产生，成熟花粉中雄原细胞的细胞核，具有与DNA凝集成丝状的分裂期染色体相似的染色质结构。但该结构究竟如何参与实际的细胞周期状态及再激活，此前尚不明确。
此次，研究团队选用了适合观察细胞结构的铁炮百合。目前已知百合花粉的雄原细胞会在成熟期完成细胞分裂所需的DNA复制。
首先，花粉中的雄原细胞（在花粉管中分裂并形成2个精细胞的细胞）看似处于分裂期（M期），但是否已真正进入了细胞分裂期，研究团队对此进行了验证。
研究团队从花粉中提取雄原细胞并在激光共聚焦显微镜下进行观察，结果表明，雄原细胞并未进入M期，而是停留在完成DNA复制后的分裂前阶段——G2期。
此外，对分析吸水后花粉来源的雄原细胞进行分析发现，在吸水后的样本中检测到了M期开始时特有的分子标志物，同时观察到染色质解凝缩的状态。研究表明，细胞周期会伴随染色质的解凝缩逐步推进，最终走向雄原细胞的分裂。
另外，通过使用转录抑制剂的分析可知，染色质解凝缩、以及相当于细胞周期推进准备阶段的初期核变化，并不依赖于吸水后的转录重启。
同时研究显示，转录抑制剂处理条件下无法形成M期特有的染色体结构，说明转录重启是雄原细胞分裂不可或缺的条件。
本研究揭示了花粉吸水后染色质结构松弛，基因功能迅速重启，细胞分裂与花粉管伸长分阶段推进的机制。
研究发现，花粉中的雄原细胞处于一种虽呈现出M期的染色质结构，实际却停留在G2期的特殊状态。同时可知，花粉吸水后的再激活由“转录非依赖性的初期阶段”与“转录依赖性的后期阶段”构成。
澁田助教表示：“花粉重启活动的过程在极短时间内推进，捕捉这一瞬间曾是一大难题。此次我们选用基因组较大、可对细胞核结构进行详细观察的百合花粉，通过反复开展显微镜观察，成功实现了花粉从干燥状态到再激活过程中核内变化的可视化。我认为，本研究为理解花粉如何暂停生命活动、随后迅速重启这一基础机制迈出了一步。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Plant Direct
论文：Generative Cell Division, but Not Early Nuclear Reorganization, Requires Transcriptional Reactivation During Pollen Tube Growth
DOI：10.1002/pld3.70175
