近日，生命科學(xué)學(xué)院張彥和李廈教授團隊在《Plant Physiology》在線發(fā)表了題為“RHO of plant proteins are essential for pollen germination in Arabidopsis”的研究論文，闡明了擬南芥BDR8及BDR9作為ROP的下游效應(yīng)因子，在ROP調(diào)控花粉萌發(fā)過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。生科院向小嬌博士及碩士研究生張舒展為本論文共同第一作者，張彥教授和李廈教授為本論文共同通訊作者。

有性生殖是植物繁衍和作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)。植物有性生殖過程中的花粉萌發(fā)，在親和授粉過程中是形成花粉管、輸送精細胞的前提；在部分植物的不親和授粉過程中，是引發(fā)不親和反應(yīng)、維持種間生殖屏障或保障自交不親和的關(guān)鍵步驟。此外，花粉萌發(fā)是一個細胞極性建立的過程，使無極性的花粉粒轉(zhuǎn)變?yōu)闃O性的花粉管。盡管研究揭示了花粉萌發(fā)過程中的主要細胞活動及部分蛋白因子，與花粉管生長這一細胞極性維持過程相比，花粉萌發(fā)這一細胞極性建立的調(diào)控通路尚不清楚。

圖1. rop1;3;5;9高階突變體花粉不萌發(fā)

小G蛋白ROP是植物細胞的分子開關(guān)，其在GTP結(jié)合的活性形式和GDP結(jié)合的非活性形式之間通過調(diào)控蛋白的作用轉(zhuǎn)換。活化的ROP通過與下游效應(yīng)蛋白結(jié)合，調(diào)控其定位或活性，從而改變多種細胞活動，如微絲微管的動態(tài)組裝、鈣離子濃度、活性氧的產(chǎn)生、囊泡動態(tài)運輸?shù)取OP的動態(tài)極性定位對于花粉管的生長至關(guān)重要，但其是否調(diào)控花粉萌發(fā)這一細胞極化的建立過程尚不清楚。

課題組利用CRISPR/Cas9技術(shù)，對擬南芥四個在花粉中高量表達的ROP進行了基因編輯，獲得rop1;3;5;9高階突變體，其花粉不萌發(fā)，造成雄性不育。為了深入解析ROP調(diào)控花粉萌發(fā)的分子機制，課題組通過全基因組酵母雙雜交以及質(zhì)譜的方法，篩選出ROP互作蛋白BDR8及BDR9。與rop1;3;5;9高階突變體表型類似，bdr8;bdr9雙突變體花粉不萌發(fā)。綜合多學(xué)科手段，課題組證明BDR8及BDR9作為ROP的下游效應(yīng)因子，在ROP調(diào)控花粉萌發(fā)過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。研究結(jié)果揭示了ROP信號調(diào)控花粉萌發(fā)這一極性建立過程，為創(chuàng)制雄性不育種質(zhì)提供了新的信息。

本研究受到國家自然科學(xué)基金及中國博士后基金資助。

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波