科研｜研究人员揭示细胞调控花粉管受精新路

摘要：近日，《科学进展》（Science Advances）刊发了华南农业大学生命科学学院教授王浩团队与合作者最新研究成果。在国家自然科学基金等项目资助下，该团队揭示了非典型极性胞吐途径的生物发生过程，以及细胞壁与细胞膜协同调控花粉管细胞生长和植物受精的分子机制。

近日，《科学进展》（Science Advances）刊发了华南农业大学生命科学学院教授王浩团队与合作者最新研究成果。在国家自然科学基金等项目资助下，该团队揭示了非典型极性胞吐途径的生物发生过程，以及细胞壁与细胞膜协同调控花粉管细胞生长和植物受精的分子机制。

NtPPME1非典型极性胞吐及其维持花粉管完整性的调节机制示意图。研究团队供图

在植物生长发育中，细胞壁与细胞膜如何协同工作一直是个关键问题。以极性生长的花粉管为模型，该研究揭示了二者协调机制。被子植物受精时，花粉管需将两个精细胞送至胚囊。花粉管快速极性生长时，要维持自身结构完整，抵达胚囊后则要破裂释放精细胞完成双受精，其生长调控和完整性维持依赖细胞膜与细胞壁的协同。

王浩团队前期发现了一条非典型极性胞吐途径，它能介导调控细胞壁刚性的关键果胶甲酯酶（NtPPME1），通过高尔基体衍生囊泡（GDSVs）绕过经典胞吐途径中的反式高尔基网状体，直接极性分泌至质外体，调控花粉管细胞壁刚性以支持快速顶端生长。然而，该途径的生物发生过程及其调控花粉管极性生长的分子机制此前尚未明确。此外，传统观点认为花粉管顶端聚集着形态相似、大小均一、直径约130纳米的典型微囊泡，与GDSVs尺寸差异显著，GDSVs能否被极性运输至花粉管顶端介导蛋白质胞吐外泌也未确定。

研究团队借助新兴的冷冻聚焦离子束扫描电子显微镜和三维断层成像与重构技术，首次明确花粉管顶端存在两种不同类型的微囊泡。除直径130纳米的经典微囊泡外，介导NtPPME1非典型胞吐外泌的微囊泡GDSVs也特异聚集在花粉管顶端。同时，研究系统解析了介导NtPPME1非典型极性胞吐外泌的运输信号，揭示了该蛋白质运输途径的生物发生机制，为植物细胞为底盘的合成生物学和生物反应器提供了理论依据。

此外，研究团队鉴定并探明LORELEI糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白4（LLG4）是介导NtPPME1非典型胞吐外泌的转运受体蛋白，它能特异性识别和结合NtPPME1，通过GDSVs进行胞吐外泌，进而调控花粉管顶端细胞壁的刚性。前人研究发现，LLG也是定位于细胞膜上维系花粉管细胞完整性的关键蛋白之一.因此，该研究阐明了细胞壁与细胞膜协同维系花粉管完整性的分子机制。

该研究成果为植物生殖生物学研究提供了新视角，不仅深化了对非典型胞吐途径在细胞极性生长和形态发生的生物学功能的理解，拓展了有关非典型蛋白质胞吐外泌的认知，丰富了细胞蛋白质分泌的理论体系，还进一步增进了人们对植物双受精过程的认识，并为花粉管导向机制的研究提供了新的理论依据。

王浩团队表示，后续将深入解析植物细胞极性建成过程中的调控网络，探索其在农业育种中的应用潜力。