160年来发现的第一种新植物组织提高了作物产量

日本名古屋大学领导的一个研究小组在植物中发现了一种对种子形成至关重要的新组织。他们的发现是160年来发现的第一种新的植物组织。他们的发现开辟了一个新的研究领域，并已经证明了实际应用，该团队提高了包括水稻在内的重要作物的产量。《当代生物学》杂志发表了这项研究

自2005年以来，科学家们已经知道，受精是种子体（即下胚轴）从植物的“母体”部分获得营养所必需的。了解植物如何检测成功的施肥对于在育种过程中最大限度地提高作物品种的产量非常重要

Kasahara Ryushiro和Michitaka Nodaguchi领导的研究小组偶然发现了这种新组织。笠原一直在对种子进行染色，以追踪胼胝质的沉积，胼胝质是一种蜡质物质，因其与受精有关而被广泛研究，以验证之前的一项研究结果

在检查染色区域时，笠原注意到了一些意想不到的事情。他说：“植物通过插入花粉管受精，所以大多数科学家只对发生这种情况的地方感兴趣。然而，我们也在相反的一侧发现了信号。”。“没有人看我看的地方。我记得当时很惊讶，尤其是当我们意识到受精失败时，这个信号特别强。”

WT和gcs1中胼胝质沉积的旋转电影。来源：当代生物学（2025）。DOI:10.1016/j.cub.2025.03.033

进一步的分析揭示了一种独特的兔形组织结构，起着门户的作用。这个结构被命名为“笠原门”，以纪念它的发现者，是自19世纪中叶以来发现的第一个新的植物组织

Kasahara观察到的信号是由胼胝质沉积引起的，胼胝质的沉积阻碍了营养物质和激素流入未受精的种子。门户的关闭导致种子无法获得营养并死亡。研究人员将此称为“闭合状态”。另一方面，当受精发生时，下胚轴检测到这一成功并溶解胼胝质，使营养物质流入种子并促进生长。研究人员称之为“开放状态”。Kasahara解释说：“当比较成功受精和不成功胚胎之间的营养物质流动时，发现营养物质的流入仅在成功胚胎中观察到，而在不成功的胚胎中则完全被阻断。”。“这限制了浪费在不可行种子上的资源量。”

网关在开放和封闭状态之间切换的能力表明存在遗传调控。研究人员检查了受精植物的下胚轴，以确定潜在的遗传控制

他们鉴定出一种名为AtBG_ppap的基因，该基因仅在受精的下胚轴中上调，并鉴定了其在溶解胼胝质中的作用。当他们修改下胚轴以过表达AtBG_ppap时，门户永久保持在打开状态，增加了营养吸收

Kasahara说：“这让我们意识到，保持门户永久开放可以扩大种子。”。“当我们用水稻种子测试这一理论时，我们制作的种子大了9%。用其他物种的种子，我们成功地增加了16.5%。”

他们的发现代表了植物育种中种子增强的重大进步。保持永久开放的状态可以大大提高重要作物的产量

1 DAE时韧皮部末端原基的旋转电影。来源：当代生物学（2025）。DOI:10.1016/j.cub.2025.03.033

笠原还认为，这些发现将加深对植物进化的理解，特别是为什么开花植物（被子植物）在今天的植物群中占主导地位

他说：“由于未受精的下胚轴一开始就不能成为种子，因此给它喂食对植物来说是‘浪费’的。”。“因此，被子植物可能能够通过使用这种机制喂养胚胎体来确保它们只为受精种子提供资源，从而存活到现代。”