科学家破解植物亲和花粉授粉机制

仙仙

华东师范大学生命科学学院李超课题组以模式植物拟南芥为研究对象，揭示了花粉通过其覆盖物中的PCP-B小肽竞争柱头里的RALF33小肽，抑制柱头中RALF33-FER/ANJ受体激酶信号通路维持的活性氧水平，从而影响花粉水合的分子机理。4月9日，该研究成果在线发表于《科学》。


开花植物的柱头能特异地识别本物种的花粉而拒绝其他物种的花粉，确保本种属的亲和性花粉水合和萌发，同时阻止远源花粉和真菌孢子等的萌发。那么植物在进化中形成了怎样的花粉—柱头识别机制？亲和性花粉持有怎样的“钥匙”去打开柱头这把“锁”呢？过去几十年，科学家在自交不亲和植物阻止自身花粉萌发机制研究上取得了重要进展，但对于柱头识别亲和性花粉的机制依然知之甚少。


李超课题组在这项研究中发现，拟南芥雌蕊柱头的乳突细胞在授粉前存在活性氧的积累，而授粉引起活性氧水平下降，柱头活性氧水平降低促进花粉水合。花粉覆盖物PCP-B小肽处理野生型柱头能引起乳突细胞活性氧水平降低，并且经PCP-Bγ处理的柱头引起花粉水合速率加快。柱头乳突细胞中FER和ANJ受体激酶突变造成活性氧水平偏低、花粉水合加快。


研究发现，柱头乳突细胞自分泌的RALF33小肽通过FER/ANJ-LLG1-ROP2-RBOHD信号通路引起活性氧产生。而PCP-Bγ小肽可以抑制RALF33小肽引起的活性氧产生，并且促进花粉在柱头的水合。通过各种生化实验体系，研究人员发现，PCP-Bγ小肽能够将FER-RALF33复合物中的RALF33小肽“赶走”，从而与FER互作结合。


该研究表明，授粉前，柱头乳突细胞通过RALF33-FER/ANJ-LLG1-ROP2-RBOHD信号通路产生活性氧；授粉后，来自花粉的PCP-Bγ小肽与柱头自分泌的RALF33小肽竞争性结合FER/ANJ，阻断乳突细胞中的活性氧产生通路，导致乳突细胞活性氧水平降低，促进花粉水合。


“从植物发育生物学的角度看，该发现是受体激酶感知和切换不同类型的小肽配体，精准调控植物发育的例证。”论文通讯作者李超表示。（黄辛）