前沿|万建民院士团队揭示水稻花粉萌发孔形成新进展

2024-05-28 来源:农学院 作者:赵志刚 图片:

5月28日,南京农业大学万建民院士团队在Nature Communications在线发表了题为“OsSRF8 interacts with OsINP1 and OsDAF1 to regulate pollen aperture formation in rice”的研究论文,揭示了OsINP1-OsSRF8-OsDAF1分子模块调控水稻花粉萌发孔形成的分子机制。

水稻是我国重要的粮食作物之一,提高水稻产量对保障国家粮食安全至关重要。杂种优势利用能显著提高水稻产量,而雄性不育系的研究利用是其中关键环节。雄性花粉的正常萌发与否直接决定水稻能否正常结实。萌发孔是花粉外壁沉积较少或者完全缺陷的区域,除此之外,水稻花粉萌发孔还包含一个环状凸起的孔环和盖状的孔盖结构。萌发孔是花粉管生长的起始位点,也是水分进出的通道,完全决定水稻花粉育性。然而,决定花粉萌发孔形成的分子机制并不清楚。

本研究鉴定到一个新的控制萌发孔形成的关键基因OsSRF8(STRUBBELIG-receptor family 8)。OsSRF8属于富亮氨酸重复类受体激酶LRRⅤ亚家族成员,且OsSRF特异存在于禾本科作物。融合互补实验结果显示,OsSRF8极性聚集于四分体小孢子远极端区域。OsSRF8参与调控萌发孔质膜凸起的产生(APMP),从而指导水稻花粉萌发孔的形成。

酵母双杂交实验结果发现OsSRF8能够与OsINP1直接互作,随后利用Co-IP等多种试验进行了验证。遗传实验结果表明,OsSRF8与OsINP1在同一通路调控花粉萌发孔形成。进一步的研究发现,OsINP1与OsSRF8共定位于APMP形成区域,并且,OsINP1位于OsSRF8遗传学上游,可直接招募OsSRF8,两者共同调控萌发孔的形成。

除此之外,OsSRF8还能与孔环形成关键因子OsDAF1互作,并且,OsSRF8-OsINP1复合体通过招募OsDAF1到APMP区域,三者共同参与水稻萌发孔孔环的形成。总体而言,OsINP1-OsSRF8-OsDAF1分子模块不仅加深了对水稻花粉萌发孔形成的理解,而且为研究其他禾本科作物中花粉萌发孔形成提供了基础。

南京农业大学博士生陈可毅和王启明为本文共同第一作者,南京农业大学农学院赵志刚教授和万建民院士为本文通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金重大项目、生物育种钟山实验室、江苏省重点研发计划等项目的资助。

万建民院士团队长期从事水稻杂种优势利用的基础研究,十三五以来在水稻杂种优势利用和生长发育领域取得了一系列的进展,先后在Science、Cell、Nature Communications、PNAS等期刊上发表相关论文。这些研究结果将促进水稻杂种不育机制的阐明,为水稻籼粳交杂种优势利用提供重要基因资源。

审核:吴峰 赵烨烨

校对:王爽

编辑:崔滢

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