JIPB｜四川农大李双成／李平课题组揭示糖蛋白DEAP1调控水稻花粉发育的分子机

　　

　　在开花植物中，花粉壁在花粉粒表面起着生物屏障作用，能保护花粉粒免受各种生物和非生物胁迫的影响。高等植物独特的花粉壁结构和模式，对于花粉育性至关重要。阿拉伯半乳糖蛋白(AGPs)广泛分布于各类植物细胞，而类成束糖蛋白 (FLAs)是一类在植物生长发育中起重要作用的AGPs，但目前对FLAs在水稻生殖发育过程中的功能知之甚少。

　　JIPB近日在线发表了四川农大李双成/李平课题组题为“DEAP1encodes a fasciclin-like arabinogalactan protein required for male fertility in rice”（https://doi.org/10.1111/jipb.13271）的研究论文。该研究发现水稻中一个FLA家族蛋白成员DEAP1通过参与绒毡层降解和花粉外壁发育影响水稻花粉发育过程，且可能通过与两个水稻D6 PROTEIN KINASE-LIKE3s (OsD6PKL3s)互作，调控水稻花粉萌发孔的建成。

　　

　　图.deap1突变体的花粉具有外壁底层和萌发孔的缺陷；DEAP1基因在花药发育过程中具有时空表达特异性，其蛋白附着于质膜且与两个OsD6PKL3s互作。

　　该课题组研究发现DEFECTIVE EXINE AND APERTURE PATTERNING1 (DEAP1)突变导致特异雄性不育，细胞学显示突变体小孢子发育过程异常，绒毡层降解轻微延迟，花粉外壁形成具有缺陷，且萌发孔环变得扁平。DEAP1编码一个III类植物FLAs成员，可能通过分泌途径锚定在细胞膜上，具有糖基化的趋势，且在花粉发育过程中特异、动态地在生殖细胞和绒毡层表达。在deap1突变体中，与花粉外壁、萌发孔和绒毡层发育相关的众多已知基因转录水平显著降低。此外，DEAP1可能通过与拟南芥萌发孔相关因子D6 PROTEIN KINASE-LIKE3的两个同源蛋白OsD6PKL3s互作，直接影响水稻花粉萌发孔的建成。该研究揭示了水稻花粉发育的新机制，也为FLAs在植物生殖发育中的功能提供了新认识。

　　李双成/李平课题组近年来在水稻生殖发育领域取得了一系列进展，揭示了E3泛素连接酶PTB1通过影响花粉管生长调控水稻雌性育性的遗传功能，并证实其自然变异对水稻结实差异的贡献（Li et al., 2013）；克隆了多个水稻雄性育性关键基因并揭示其调控机制，系统阐述了这些基因在花粉壁发育、绒毡层PCD及淀粉积累等方面的功能(He et al., 2021; Tao et al., 2021)；分离了两个水稻雌雄育性控制基因DLC1和SHOC1，并明确了它们在水稻减数分裂早期起始和交叉重组中的重要遗传功能(Ren et al., 2018; Tao et al., 2019)。本研究进一步阐述了FLA在花粉外壁和萌发孔形成方面的遗传功能。

　　博士生周丹和邹挺讲师为该论文的共同第一作者，李双成教授和李平教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、杂交水稻国家重点实验室开放课题和四川省科技厅项目等资助。

　　参考文献：

　　He, Z., Zou, T., Xiao, Q., Yuan, G., Liu, M., Tao, Y., Zhou, D., Zhang, X., Deng, Q., Wang, S., Zheng, A., Zhu, J., Liang, Y., Yu, X., Wang, A., Liu, H., Wang, L., Li, P., and Li, S.(2021). An L-type lectin receptor-like kinase promotes starch accumulation during rice pollen maturation. Development148:dev196378.

　　Li, S., Li, W., Huang, B., Cao, X., Zhou, X., Ye, S., Li, C., Gao, F., Zou, T., and Xie, K.(2013). Natural variation in PTB1 regulates rice seed setting rate by controlling pollen tube growth. Nat. Commun.4:1-13.

　　Ren, Y., Chen, D., Li, W., Zhou, D., Luo, T., Yuan, G., Zeng, J., Cao, Y., He, Z., and Zou, T.(2019). Os SHOC 1 and Os PTD 1 are essential for crossover formation during rice meiosis. Plant J.98:315-328.

　　Tao, Y., Chen, D., Zou, T., Zeng, J., Gao, F., He, Z., Zhou, D., He, Z., Yuan, G., Liu, M., Zhao, H., Deng, Q., Wang, S., Zheng, A., Zhu, J., Liang, Y., Wang, L., Li, P., and Li, S.(2019). Defective Leptotene Chromosome 1 (DLC1) encodes a type-B response regulator and is required for rice meiosis. Plant J.99:556-570.

　　Tao, Y., Zou, T., Zhang, X., Liu, R., Chen, H., Yuan, G., Zhou, D., Xiong, P., He, Z., Li, G., Zhou, M., Liu, S., Deng, Q., Wang, S., Zhu, J., Liang, Y., Yu, X., Zheng, A., Wang, A., Liu, H., Wang, L., Li, P., and Li, S.(2021). Secretory lipid transfer protein OsLTPL94 acts as a target of EAT1 and is required for rice pollen wall development. Plant J.108:358-377.

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