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王鹏蔚教授课题组解析选择性自噬调控植物自交不亲和性的新机制
时间:2024-03-14

自噬对植物的生长发育以及胁迫响应十分重要,在特定条件下,自噬小体可以选择性的将特定细胞器或大分子物质转运到液泡中降解,然而其在植物生殖过程中的作用机制尚不清楚。近日,华中农业大学果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室、湖北洪山实验室王鹏蔚教授课题组在选择性自噬调控十字花科植物自交不亲和反应方面取得进展,在Cell子刊Cell Reports上发表题为“Exo84c-regulated degradation is involved in the normal self-incompatible response in Brassicaceae”的研究论文。

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自交不亲和性是植物防止自交衰退、维持物种遗传多样性的重要授粉机制,被广泛应用于杂种优势利用。已知的十字花科植物自交不亲和反应依赖于SCR-SRK-ARC1所介导的泛素化降解途径:下游亲和因子(例如胞吐复合体成员Exo70A1等)在不亲和授粉后快速降解而无法分泌到胞外,达到抑制植物自交的目的。虽然自噬所调控的降解途径也参与自交不亲和反应,但其降解底物的选择性机制还不清楚。本研究发现,开花植物所特有的胞吐复合体成员Exo84c的表达量在不亲和反应中特异上调,而在油菜和自交不亲和型拟南芥中(SI-Col-0)敲除Exo84c基因,都能部分打破自交不亲和反应,说明其在此过程中扮演重要角色。利用活细胞成像技术发现,亲和授粉后胞吐复合体与分泌囊泡向花粉-柱头接触部位富集,但此过程在不亲和授粉中受到抑制。在exo84c突变体中,仍能够观察到胞吐复合体在不亲和授粉后向花粉-柱头接触部位富集,推测可能是Exo84c的功能缺失抑制了胞吐复合降解,使分泌囊泡可以缓慢积累并最终分泌,促进花粉水合与萌发。此过程可能独立于已知的十字花科自交不亲和反应的通路,并与SCR-SRK-ARC1所介导的泛素化降解途径协同作用,确保植物早期生殖过程的有序进行。本研究不仅首次揭示了自交不亲和反应中的选择性自噬降解底物,也为研究植物生殖发育的细胞学机制提供了新的视角。

图1. 自交不亲和型拟南芥授粉后不同时间点的显微观察(IP,不亲和授粉;CP,亲和授粉)

王鹏蔚教授实验室长期致力于植物内质网-细胞器互作的分子机制与生物学功能研究,重点关注细胞器互作网络、细胞骨架在选择性自噬、植物生殖发育与细胞形态建立等方面的作用。本项研究得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金等项目的支持。王鹏蔚教授为本文的通讯作者,华中农业大学园艺林学学院已出站博士后张彤(现山东农业大学教授)、华中农业大学生命科学技术学院博士研究生王昆为本文的共同第一作者;林宗成教授、Patrick J. Hussey教授参与指导相关研究。

南湖新闻网链接:https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.113913.


作者:王昆

审核:王鹏蔚