植物有性生殖是维持生物多样性、促进物种演化和作物改良的核心过程。近日，SCIENCE CHINA Life Sciences（《中国科学：生命科学（英文版）》）在线发表了一篇题为"Molecular understanding of plant pollination, fertilization, seed development and protoplast regeneration"的综述，系统总结了该领域最新进展，并指出了植物有性生殖领域亟待解决的关键科学问题。

该综述由中国科学院遗传与发育生物学研究所杨维才研究员牵头、李红菊研究员组织，联合北京大学瞿礼嘉教授、焦雨铃教授、钟声研究员，武汉大学孙蒙祥教授，山东农业大学张宪省教授，上海交通大学杨仲南教授担任通讯作者。西南大学孟姜果，北京大学刘璞，华中师范大学熊晗仙和王伟，山东农业大学徐刚，遗传与发育生物学研究所辛旭，这6位学者担任共同第一作者。来自9家单位的22位专家联合撰写，围绕配子发生、花粉-雌蕊互作、双受精、种子形成及原生质体再生等核心问题展开讨论。

文章系统首先介绍了雌雄配子发生过程，并引出其在水稻等作物不育系构建中的应用。CMS系统广泛应用于水稻、玉米等作物的三系法杂交，然而CMS和Rf基因的鉴定极为有限。此外，当前水稻光温敏雄性不育系存在育性不稳定问题，严重制约两系法杂交育种推广，亟需发掘新型不育位点并利用基因组编辑创制稳定型不育系。在花粉-雌蕊互作方面，作者提出，目前虽已鉴定到若干关键因子，但远缘杂交仍难以实现，其中普遍存在的"通讯中断"现象，即花粉与雌蕊间的分子识别障碍是导致合子前杂交隔离的关键问题，而其分子基础几乎未知，亟需在更广泛的物种组合中解析关键配体、受体及下游信号组分。

在双受精过程中，作者梳理了多个核心问题：雌雄配子如何识别与结合？卵细胞与中央细胞的受精机制有何差异？植物如何阻止多精受精，又如何协调受精补偿？文章构建出一个完整的双受精时空调控网络，然而DMPs、HAP2/GCS1等关键受精因子的作用机制仍不清楚，雌雄配子识别机制亟需深入研究。受精后合子如何激活并启动发育？文章详细介绍了胚胎发育过程，其分子机制的解析对于单倍体育种和无融合生殖介导的一系法育种具有重要指导意义。双受精的另一产物胚乳，采用了与胚胎完全不同的合胞体发育模式，文章介绍了已知的调控胚乳增殖与细胞化的分子机制，并指出胚乳细胞化异常正是导致种间杂交种子败育的关键瓶颈。

植物生殖过程对环境变化极为敏感。在极端天气频发、全球温度上升的背景下，环境胁迫如何扰动配子体发育的精细调控网络、如何开发策略以在逆境条件下维持配子体功能进而保障作物产量，综述对此给出了深入思考。此外，综述另辟蹊径，讨论了无性生殖途径中原生质体再生的机制，揭示了该领域面临的困境：再生效率极低、细胞异质性而导致的组学分析误差，驱动全能性重建的关键基因网络尚未完善，细胞壁降解触发再生的信号机制仍属未知等。

展望未来，单细胞测序、空间转录组学和CRISPR基因编辑等新技术将为解析上述未解问题提供有力工具。深入理解有性生殖分子机制，不仅具有基础科学意义，更将为杂种优势利用、远缘杂交突破和抗逆作物培育提供关键理论支撑。该工作受国家自然科学基金（32388101、32130032、32425009）的资助。

文章信息

Meng, J.G., Liu, P., Xiong, H., Wang, W., Xu, G., Xin, X., Lan, Z., Ma, C., Wang, N., Zhang, X., et al. Molecular understanding of plant pollination, fertilization, seed development and protoplast regeneration. Sci China Life Sci, https://doi.org/10.1007/s11427-025-3351-4

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