一个国际植物生物学家小组首次发现了开花植物中母亲和父亲的因素如何合作以发展他们孩子的形状。到目前为止，尚不清楚父系因素是否合作或相互冲突导致合子不对称。这一发现的结果有望揭示植物体形成的确切机制，并可能导致新杂交植物的产生。

名古屋大学转化生物分子研究所(ITbM)的一组植物生物学家在“基因与发育”杂志上报道了他们发现植物的母系和父系因子如何合作以使儿童适当生长。

在由ITbM的讲师Minako Ueda博士领导的一项研究中，该小组发现受精后，来自父亲精子细胞的因子会激活受精卵中的特定蛋白质(受精卵细胞)。此外，这种活化的蛋白质与来自母体卵细胞的因子配合，使受精卵以正确的方式发育。这项研究首次表明父亲和母亲衍生因素如何在植物的儿童发育中合作。

以与动物相似的方式，在父亲的精子细胞在植物中受精母细胞时产生受精卵(儿童)。随后，所产生的受精卵含有来自亲本细胞的基因和蛋白质的混合物。受精卵周围的营养组织也是通过受精形成的，并且已知在该组织中存在父母冲突现象，其中父系和母系因子彼此相对。

在多个种子由单一雌蕊(雌性生殖器官=母亲)制成的植物中，雌蕊中的所有种子都被认为是母亲的子女。另一方面，由不同雄性物种产生的花粉(雄性生殖器官=父亲)可以附着在单个雌蕊上，即使它在同一雌蕊内，也只考虑从其自身精子细胞产生的种子。作为父亲的孩子。换句话说，母亲可以在其雌蕊内生育来自不同父亲的孩子，父亲不会将其他父亲的种子视为自己的孩子。由于男性和女性之间的感知差异，母亲试图将营养素均匀地分配给每个孩子，而父亲试图将营养物质集中在自己的孩子身上。

“虽然营养组织中的父母冲突以前是众所周知的，但是，在受精卵中，父母因素是否相互抵消或合作仍然是一个谜，”Ueda说。“自从2011年开始这项调查以来，我们能够证明该工厂的母亲和父亲实际上在孩子的发展中合作。”该研究是通过名古屋大学(日本)，奈良高等科学技术研究所(日本)，根特大学(比利时)和弗莱堡大学(德国)的研究人员的国际合作进行的。

在植物体形成过程中，受精卵在垂直方向上伸长并分裂形成胚胎。这种不对称的细胞分裂分别导致胚胎顶部和底部的小细胞和大细胞。小顶部细胞形成圆形组织并最终生长成植物的花和叶，而大底部细胞伸长形成根。因此，受精卵的伸长和细胞分裂的方向决定了植物体的垂直轴。Ueda的研究小组发现，在受精卵中，来自父母的因子相互合作，导致受精卵的不对称分裂和胚胎的适当发育。

来自Ueda小组的先前研究表明，来自母体和父系细胞WRKY2的蛋白质负责制造受精卵和胚胎的形状。WRKY代表氨基酸(以单字母​​代码表示)，其存在于蛋白质的核心中(W =色氨酸，R =精氨酸，K =赖氨酸和Y =酪氨酸)。此外，他们还发现，在精子细胞中产生的称为SHORT SUSPENSOR(SSP)的因子对受精卵的细胞分裂和胚胎的发育很重要。在这项研究中，Ueda和她的同事研究了WRKY2和SSP在植物体发育中的关系。

“我们发现了一种信号通路，其中SSP使受精卵中的WRKY2蛋白磷酸化，从而激活WRKY2，”Ueda解释道。“我们还确定了蛋白质上的哪些位点被磷酸化，发现WRKY2中包含的簇内的5个丝氨酸残基对蛋白质功能很重要。”

Ueda小组进行了实验，表明磷酸化通过使用不存在SSP的突变体激活WRKY2，并通过碱交换取代WRKY2中的丝氨酸残基与天冬酰胺，其模拟丝氨酸磷酸化。具有活化的WRKY2的突变体导致受精卵的不对称分裂。

上田的研究小组还发现同源异型GLABROUS11(HDG11)和HDG12，从蛋得出的因子的细胞，它负责控制胚胎的受精卵发育的不对称分裂。该小组先前报道WRKY2作用于WUSCHEL(WUS)HOMEOBOX8(WOX8)基因以合成WOX8蛋白，其导致受精卵的不对称分裂。在这项研究中，他们发现HDG11 / 12也作用于WOX8基因。HDG11 / 12不在精子细胞中表达，并且来自卵细胞的HDG11 / 12导致受精卵的不对称分裂。因此，来自母亲的HDG11 / 12与来自父亲的SSP活化的WRKY2合作，产生WOX8蛋白，这是早期植物发育的关键因子。

通过他们的研究，他们观察到没有SSP，WRKY2和HDG11 / 12的受精卵不能正常发育，它们的细胞分裂不再变得不对称。另外，胚胎不能以适当的方式发育并且不能以正确的形状生长。

“我们能够通过我们的研究证明，父母与母亲之间的合作对于拟南芥植物中受精卵和胚胎的发育至关重要，”Ueda说。

该小组还检测到WOX8蛋白仅在没有SSP(与父亲相关)和HDG11 / 12(与母亲相关)的受精卵中少量合成。因此，该小组假设父系因子相互合作以合成足够量的WOX8以帮助塑造儿童的植物体。在没有SSP或HDG11 / 12的受精卵中，该组人工合成了WOX8蛋白，导致受精卵的不对称分裂。这提供了WOX8蛋白质对于塑造植物体很重要的证据。

这项研究首次表明，植物受精卵中父系和母系因子的合作有助于从发育的早期阶段塑造儿童的植物体。这与在受精卵周围的营养组织中提出的父母冲突理论相反。

Ueda的团队在受精卵中展示了一种新的父母关系，父母的因素在这种关系中相互配合。这种合作机制的发现有望进一步了解父母因素如何控制植物儿童发育的策略。此外，该小组还能够证明，在没有亲本因子(SSP和HDG11 / 12)的情况下人工合成WOX8蛋白也会导致胚胎发育。通过应用这种方法，可以在不同植物物种之间产生杂种植物，其中亲本因子不一定匹配。

“植物已经发展到为动物开发出不同的生长机制，”上田说。“父母合作的观察结果，其中父系因子在早期发育中起作用，可能是植物独特的适应策略，也可能存在于其他植物物种中。”