山東農(nóng)業(yè)大學(xué)揭示ROPs蛋白調(diào)控?cái)M南芥花粉萌發(fā)的重要機(jī)制

2023年4月，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院張彥和李廈教授團(tuán)隊(duì)在《Plant Physiology》在線發(fā)表題為“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(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

花粉能否成功萌發(fā)是被子植物繁殖過(guò)程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。花粉萌發(fā)是一個(gè)細(xì)胞極性建立的過(guò)程，使無(wú)極性的花粉粒轉(zhuǎn)變?yōu)闃O性的花粉管，目前花粉萌發(fā)這一細(xì)胞極性建立的調(diào)控通路尚不清楚。本研究對(duì)擬南芥花粉中特異性表達(dá)的4個(gè)ROPs進(jìn)行了CRISRP/Cas9基因組編輯，結(jié)果表明ROPs對(duì)花粉萌發(fā)過(guò)程中極性的建立至關(guān)重要。進(jìn)一步通過(guò)全基因組ROP互作因子篩選，鑒定出花粉萌發(fā)中的2個(gè)ROP效應(yīng)子，ROP結(jié)構(gòu)域邊界（BDR）成員BDR8和BDR9，其功能缺失同樣導(dǎo)致花粉未萌發(fā)。BDR8和BDR9分布在成熟花粉粒的細(xì)胞溶質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)核中，但重定位于萌發(fā)位點(diǎn)的質(zhì)膜和生長(zhǎng)花粉管的頂端質(zhì)膜。它們?cè)诨ǚ勖劝l(fā)過(guò)程中的質(zhì)膜重分布依賴于ROPs，反之則不然。此外，BDR8的強(qiáng)表達(dá)能夠部分恢復(fù)rop1突變體的花粉萌發(fā)，但對(duì)四突rop花粉的萌發(fā)無(wú)影響，表明其遺傳上位性。上述結(jié)果證實(shí)，ROP信號(hào)通路對(duì)于花粉萌發(fā)必不可少，這也支持了Rho GTPases在極性建立中的進(jìn)化保守功能。