根據斯坦福大學(xué)生物學(xué)教授Virginia Walbot和研究生Timothy Kelliher,所說(shuō)，答案驚人的簡(jiǎn)單。在一組精巧的實(shí)驗中，研究人員證實(shí)發(fā)育花卉內深處低氧水平就是觸發(fā)性細胞形成的必要條件。

　　生物通報道多年來(lái)玉米的性生活吸引了大量的熱切關(guān)注。在公元前5000年時(shí)，美洲的農學(xué)家們采用異花授粉的植物來(lái)生產(chǎn)更大的植物或彩色果核，從而生成了第一個(gè)雜交玉米品種。

　　今天，玉米雜交制種成為了一種數十億美元的產(chǎn)業(yè)，并且雜交育種對生產(chǎn)大多數其他的物種也同樣十分重要。然而盡管植物繁殖在農業(yè)綜合企業(yè)中占據中心地位，研究人員卻一直未能解答一個(gè)基礎的問(wèn)題：植物的性細胞從何而來(lái)？

　　根據斯坦福大學(xué)生物學(xué)教授Virginia Walbot和研究生Timothy Kelliher,所說(shuō)，答案驚人的簡(jiǎn)單。在一組精巧的實(shí)驗中，研究人員證實(shí)發(fā)育花卉內深處低氧水平就是觸發(fā)性細胞形成的必要條件。

　　這一發(fā)現不僅僅是學(xué)術(shù)興趣。

　　“控制植物繁殖對于現代農業(yè)是相當重要的，”Walbot說(shuō)。

　　在玉米產(chǎn)業(yè)中，使種子去雄仍然是通過(guò)手工操作的方式控制誰(shuí)讓誰(shuí)受精，一項開(kāi)關(guān)性細胞生成的技術(shù)可顯著(zhù)提高對植物雜交育種的控制。

　　該研究論文發(fā)布在近期的《科學(xué)》（Science）雜志上。

　　當兩朵花彼此深?lèi)?ài)

　　所有的開(kāi)花植物都在稱(chēng)為花藥的結構中生成花粉。然而在這些花藥成熟前，它們排列在植物深處的一個(gè)三葉草形狀中。每個(gè)三葉草樣裂片中的中央細胞將轉變?yōu)樾约毎?，并最終變?yōu)榛ǚ邸?/p>

　　植物中這一發(fā)育背后的機制并不清楚。在動(dòng)物中，周?chē)毎蛏臣毎l(fā)送信號開(kāi)始形成單個(gè)生成細胞（founder cell）。Walbot和Kelliher都傾向于這一觀(guān)點(diǎn)，并確定了兩種有希望的信號分子MAC1和MSCA1.。缺失MAC1蛋白的植物形成了太多的生殖細胞。缺失MSCA1的植物根本沒(méi)有生殖細胞。

　　顯然，MAC1對于組織生殖細胞周?chē)姆切约毎浅Ｖ匾?，而MSCA1則是細胞形成性細胞所必需的。但是對于兩者之間的聯(lián)系，以及什么最初導致了它們的表達仍不清楚。

　　盡管大多數研究人員認為，與在動(dòng)物中一樣，性細胞是從一組特殊帶有預定作用偏向的細胞發(fā)育而成，Walbot和Kelliher看到了兩條線(xiàn)索暗指其他。

　　首先，這些性細胞的物理排列并沒(méi)有指明單個(gè)“生成細胞”的存在。其次，MSCA1酶運作的方式表明氧水平有可能在信號傳導過(guò)程中發(fā)揮了作用。

　　植物內的環(huán)境可能是“氧化的”（氧氣充足，偏愛(ài)氧化）或是“還原的”（氧化被阻止，通常因缺乏活性氧，偏愛(ài)相反的還原過(guò)程）。MSCA1恰巧通過(guò)還原發(fā)送信號，這意味著(zhù)不同的氧水平有可能具有不同的發(fā)育影響。

　　為檢驗這一理論，研究人員將一種探針插入玉米未成熟的花藥組織中。他們發(fā)現：異常低氧水平（有可能是快速生長(cháng)的花藥代謝活動(dòng)的副作用）——在精確的時(shí)間，細胞開(kāi)始轉變?yōu)榱诵约毎?/p>

　　玉米之子的研究

　　密切關(guān)注整個(gè)植物的生育過(guò)程對于雜交育種產(chǎn)業(yè)至關(guān)重要。田地里通常會(huì )種植兩種不同品種的玉米種使其雜交。為了防止植物自花授粉，導致次等品質(zhì)的植物，需要去除一個(gè)物種的所有雄花穗。

　　這是一個(gè)艱巨的任務(wù)，需要專(zhuān)門(mén)的去雄機器，隨后還有專(zhuān)人檢測遺漏的植物。

　　“目前他們每年要對100萬(wàn)英畝的玉米去雄花穗，每英畝2萬(wàn)株植物。有數十億手動(dòng)去雄植物，”Walbot.說(shuō)。

　　不育玉米品種已不需去雄，但自花授粉的版本被證實(shí)難于改良。低氧絕育法可使自交變得更簡(jiǎn)單，允許應用于大量的品種。

　　“我們把留下這些應用給產(chǎn)業(yè)，”Walbot.說(shuō)。但研究的影響可能是廣泛的。假設這些結果適用于所有開(kāi)花植物，如許多研究小組現在正在尋求確證的，這一發(fā)現可能為一系列的農作物提供新水平的生育控制。

　　斯坦福大學(xué)正在就論文的一些結果申請專(zhuān)利。