被子植物的有性生殖依賴於花粉和雌蕊柱頭之間的精確交流,其中花粉與柱頭“相互識別”的分子原理是保證植物遺傳機制的關鍵。然而,目前兩者親和的分子機制研究相對較少。

2021年4月9日,華東師範大學生命科學學院李超研究團隊闡明瞭一種花粉和柱頭相互識別的分子機制:來自花粉的不同肽類與柱頭肽競爭與柱頭受體激酶複合物的相互作用,從而使花粉水合併發芽。

花粉萌發產生花粉管是植物有性生殖的關鍵過程之一。已有研究發現成熟的花粉粒需經黏附和水合兩個主要過程,花粉才能夠萌發形成花粉管。該研究團隊以十字花科中的模式植物擬南芥爲研究對象,發現花粉通過其覆蓋物中的花粉覆蓋物的B類肽(PCP-Bs)與柱頭自分泌的RALF33小肽競爭性結合ANJEA和FERONIA(ANJ-FER)受體激酶複合物,從而抑制柱頭中RALF33/ANJ-FER受體激酶信號通路維持的活性氧(ROS)水平,從而影響花粉水合。

具體來說,在擬南芥屬中,ANJ-FER受體激酶複合物能夠感知柱頭乳突細胞自分泌的鹼化因子肽RALF33,通過ANJ-FER/LLG1-ROP2-RBOHD信號通路誘導柱頭乳突細胞中的ROS產生。當用花粉覆蓋物的B類肽(PCP-Bs)處理雌蕊柱頭後,PCP-Bs可以降低柱頭乳突細胞中的ROS水平,促進花粉在柱頭的水合過程。進一步的研究顯示,突變的ANJ和FER可以導致柱頭乳突細胞活性水平降低,引起花粉水合加快。總之,該研究顯示授粉後,ANJ-FER作爲PCP-Bs的受體發生相互作用,破壞了FER與RALF33的互作結合,從而導致ROS減少,促進花粉萌發。

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