山形大學理學部的澁田未央助教等人組成的研究團隊，揭示了花粉能夠在停止活動的狀態下長期存活、並在必要時迅速開始活動的機制。研究發現，花粉吸水後細胞核結構法相變化，重啟基因功能，細胞分裂開始分階段推進。該成果有望應用於提升作物授粉效率及生產穩定性等農業領域，相關研究成果已發表在期刊《Plant Direct》的6月2日刊上。
圖1 通過細胞週期標誌物染色開展的雄原細胞狀態解析（供圖：山形大學助教澁田未央）
部分被子植物的花粉會在乾燥狀態下成熟，通過暫時停止活動實現長期存活。花粉的壽命與乾燥耐性因物種而異，部分物種的花粉會在短時間內喪失功能。
另一方面，無論何種植物的花粉，授粉後都會在短時間內延伸花粉管，運送參與雙重受精的兩個精細胞。花粉這種兼顧「活動停止狀態」與「活動快速重啟狀態」的機制，此前未得到充分闡明。
精細胞通過花粉內雄原細胞的細胞分裂產生，成熟花粉中雄原細胞的細胞核，具有與DNA凝集成絲狀的分裂期染色體相似的染色質結構。但該結構究竟如何參與實際的細胞週期狀態及再激活，此前尚不明確。
此次，研究團隊選用了適合觀察細胞結構的鐵炮百合。目前已知百合花粉的雄原細胞會在成熟期完成細胞分裂所需的DNA複製。
首先，花粉中的雄原細胞（在花粉管中分裂並形成2個精細胞的細胞）看似處於分裂期（M期），但是否已真正進入了細胞分裂期，研究團隊對此進行了驗證。
研究團隊從花粉中提取雄原細胞並在雷射共聚焦顯微鏡下進行觀察，結果表明，雄原細胞並未進入M期，而是停留在完成DNA複製後的分裂前階段——G2期。
此外，對分析吸水後花粉來源的雄原細胞進行分析發現，在吸水後的樣本中檢測到了M期開始時特有的分子標誌物，同時觀察到染色質解凝縮的狀態。研究表明，細胞週期會伴隨染色質的解凝縮逐步推進，最終走向雄原細胞的分裂。
另外，通過使用轉錄抑制劑的分析可知，染色質解凝縮、以及相當於細胞週期推進準備階段的初期核變化，並不依賴於吸水後的轉錄重啟。
同時研究顯示，轉錄抑制劑處理條件下無法形成M期特有的染色體結構，說明轉錄重啟是雄原細胞分裂不可或缺的條件。
本研究揭示了花粉吸水後染色質結構鬆弛，基因功能迅速重啟，細胞分裂與花粉管延伸分階段推進的機制。
研究發現，花粉中的雄原細胞處於一種雖呈現出M期的染色質結構，實際卻停留在G2期的特殊狀態。同時可知，花粉吸水後的再激活由「轉錄非依賴性的初期階段」與「轉錄依賴性的後期階段」構成。
澁田助教表示：「花粉重啟活動的過程在極短時間內推進，捕捉這一瞬間曾是一大難題。此次我們選用基因組較大、可對細胞核結構進行詳細觀察的百合花粉，通過反復開展顯微鏡觀察，成功實現了花粉從乾燥狀態到再激活過程中核內變化的視覺化。我認為，本研究為理解花粉如何暫停生命活動、隨後迅速重啟這一基礎機制邁出了一步。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Plant Direct
論文：Generative Cell Division, but Not Early Nuclear Reorganization, Requires Transcriptional Reactivation During Pollen Tube Growth
DOI：10.1002/pld3.70175
