一项新的研究使作物的无性繁殖越来越近

当植物中的雌性配子受精时，精子发出的信号会激活细胞分裂，从而形成新的植物种子。正如UZH的研究人员所表明的那样，这种激活也可以在没有受精的情况下故意触发。他们的发现发表在《科学》杂志上，为作物的无性繁殖开辟了新的途径

种子是植物繁殖的最终产物。无论是直接作为食物，还是间接作为动物饲料，它们都提供了人类80%的热量消耗。自人类首次定居以来的数千年里，我们培育了无数具有优势特征的植物品种，如产量增加、质量提高、对害虫的抵抗力或抗寒性

在可能的情况下，农民使用杂交品种，这种品种是通过两个自交系杂交产生的，比普通品种更具抗性，产量更高。问题是，这些所需的特性在繁殖过程中会丢失，因此，杂交种子每年都必须重新培育

如果我们能找到一种通过种子进行无性繁殖的方法来繁殖作物——称为无融合生殖——这将彻底改变农业。如果有可能绕过雌配子的还原分裂和受精，产生的种子在基因上与母株相同。因此，具有所需特性的植物品种可以更容易地繁殖——作为种子克隆

现在，苏黎世大学植物与微生物生物学系的Ueli Grossniklaus和他的团队离实现这一目标又近了一步。Grossniklaus说：“在模式植物水芹中，我们发现了激活雌配子形成新种子的信号。”

植物的受精过程由两个事件组成。两个精子细胞分别与一个雌配子融合——一个精子细胞使卵子受精，从而形成胚胎并最终形成下一代，而另一个则与中央细胞融合，中央细胞发育成胎盘状组织，为胚胎提供营养。它们一起发育成成熟的种子。为了受精成功，精子细胞和雌配子必须处于细胞周期的同一阶段——换句话说，它们需要彼此“同步”

科学家们已经知道，水芹（Arabidopsis thaliana）中的精子细胞正处于细胞分裂的准备阶段。Grossniklaus的团队现在已经证明静止的卵细胞也处于这个阶段。另一方面，中心细胞仍然停留在前一阶段的中间，在这一阶段遗传物质被复制。虽然精子和卵细胞处于相同的细胞周期阶段，但在第一次分裂开始之前，中心细胞必须在受精后首先完成DNA合成

细胞周期的这种中断是由中心细胞中的一种蛋白质引起的，该蛋白质没有完全降解，因此仍然存在。当精子使配子受精时，它会引入细胞周期蛋白，然后激活抑制蛋白的分解。只有这样，中心细胞才能完成DNA合成并进入细胞周期的下一阶段

第一作者Sara Simonini说：“我们首次成功地找出了信号如何从精子传递到雌配子以使其脱离静止状态的分子机制。它向中心细胞发出信号，表明受精成功，细胞分裂现在可以发生了。”

如果对水芹进行基因改造，使中心细胞自己产生细胞周期蛋白，即使没有受精，它们也会开始分裂。Grossniklaus说：“我们现在可以在没有受精的情况下故意触发这种激活。这为在作物中引入无融合生殖开辟了机会，特别是在比正常品种更有弹性、产量更高的杂交品种中。”

如果无融合生殖能够在作物中得到利用，全球南方数百万小规模农民将首次能够种植杂交品种，这些品种的种子可以保存下来供下次播种