9月5日，中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院植物生理生態(tài)研究所唐威華研究組在Plant Cell 雜志上在線發(fā)表題為Overexpression of the Tomato Pollen Receptor Kinase LePRK1 Rewires Pollen Tube Growth to a Blebbing Mode 的研究論文。該項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)番茄花粉受體激酶LePRK1后，花粉管從管狀生長模式轉(zhuǎn)變?yōu)榕轄钌L模式，這一轉(zhuǎn)變是通過LePRK1的下游激酶伴侶蛋白KPP及其互作因子PLIM2a調(diào)控花粉管肌動(dòng)蛋白骨架來實(shí)現(xiàn)的。
花粉管的極性管狀生長對于顯花植物雙受精過程的順利完成至關(guān)重要。番茄花粉受體激酶LePRK1是一個(gè)花粉特異表達(dá)且定位于花粉管細(xì)胞膜上的類受體激酶（RLK）。之前的研究表明，LePRK1能夠和另外一個(gè)番茄花粉受體激酶LePRK2以及一個(gè)RopGEF蛋白——KPP (Kinase Partner Protein，激酶伴侶蛋白)相互作用，但LePRK1在番茄花粉管體內(nèi)的生物學(xué)功能及其作用機(jī)制一直是未知的。
在最新發(fā)表的論文中，研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)瞬時(shí)過表達(dá)全長LePRK1或缺失胞外結(jié)構(gòu)域的LePRK1 (LePRK1ΔECD)后，番茄和煙草的花粉管頂端膨大并且產(chǎn)生額外的小泡，即花粉管從管狀生長模式轉(zhuǎn)變?yōu)榕轄钌L模式。同時(shí)，在擬南芥花粉管中穩(wěn)定過表達(dá)缺失胞外結(jié)構(gòu)域的LePRK1 (LePRK1ΔECD)時(shí)也發(fā)生了類似的生長模式的轉(zhuǎn)變。在之前的酵母雙雜的研究結(jié)果中，研究人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)能夠和KPP相互作用的肌動(dòng)蛋白成束蛋白（actin bundling protein）PLIM2a。同時(shí)PLIM2a能夠和KPP以一種Ca2+依賴的形式相互作用。在煙草花粉管中同時(shí)過表達(dá)LePRK1和PLIM2a時(shí)，PLIM2a能夠抑制LePRK1單獨(dú)過表達(dá)時(shí)的表型，即PLIM2a能夠抑制LePRK1導(dǎo)致的泡狀生長模式的發(fā)生。而同時(shí)過表達(dá)LePRK1，PLIM2a和KPP時(shí)，花粉管恢復(fù)了LePRK1單獨(dú)過表達(dá)時(shí)的表型。基于上述研究結(jié)果，科研人員推斷，在花粉管中瞬時(shí)過表達(dá)LePRK1后，LePRK1通過KPP-PLIM2a調(diào)控花粉管肌動(dòng)蛋白骨架的變化，從而實(shí)現(xiàn)了花粉管從管狀生長模式到泡狀生長模式的轉(zhuǎn)變。這項(xiàng)研究揭示了花粉管細(xì)胞的一種潛在的能力，即通過單獨(dú)過表達(dá)一個(gè)膜定位的分子LePRK1或LePRK1ΔECD，花粉管可以切換到另一種模式（即轉(zhuǎn)變?yōu)榕轄钌L模式）達(dá)到花粉管生長前緣（leading edge）的延展。這一模式類似于已經(jīng)報(bào)道的盤基網(wǎng)柄菌（Dictyostelium discoideum）和果蠅干細(xì)胞的泡狀生長模式。
該研究得到了國家自然科學(xué)基金、科技部的經(jīng)費(fèi)支持，研究所公共技術(shù)服務(wù)中心植物細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)平臺(tái)對該工作提供了重要技術(shù)支持。
上海生科院揭示花粉管生長模式從管狀到泡狀的轉(zhuǎn)變機(jī)制
