Plant Physiology | 西南大学何光华/王楠团队揭示水稻花粉管发育调控新机制

来源：BioArt 植物

近日，西南大学农学与生物科技学院何光华/王楠团队在植物学领域国际期刊Plant Physiology 在线发表了的研究论文The exocyst subunit EXO70D2 interacts with the WD40 protein GORI to regulate pollen tube growth and seed setting in rice的研究论文，揭示了水稻胞泌复合体亚基EXO70D2与WD40蛋白GORI通过协同调控囊泡运输，共同保障花粉管正常生长的分子机制。

结实率是决定水稻产量的关键要素之一。花粉管作为输送精细胞的“生命通道”，其正常生长是成功受精结实的关键。研究团队利用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除了水稻中的EXO70D2基因，发现突变体水稻的结实率从野生型的95.4%显著降低至约68%。进一步研究发现突变体的花粉管发育异常，大部分无法将精细胞送达胚珠，直接导致结实率降低（图1）。

图1 EXO70D2突变导致花粉管发育缺陷，从而引起结实率降低

为了解EXO70D2如何工作，研究人员进一步筛选并找到了其关键互作蛋白——GORI。生化实验证实，两者能够直接结合。遗传证据显示，双突变体中花粉管生长和结实率受损更为严重。这表明，EXO70D2与GORI在同一条通路上协同作用（图2）。

花粉管的快速生长极度依赖细胞内部高效的“物流”系统——囊泡运输。囊泡如同“运输卡车”，负责运送和回收生长点各种原料。研究通过FM4-64示踪和BFA处理实验证明，EXO70D2与GORI并不主要参与典型的胞泌复合体介导的“外排”（exocytosis）作用，而是协同调控“内吞”（endocytosis）途径的囊泡循环再利用。这种对内膜系统动态平衡的非经典调控，对于维持花粉管顶端的极性生长至关重要（图2）。

图2 EXO70D2与GORI通过调节囊泡运输协同调控水稻结实率

综上所述，该研究不仅鉴定了一个新的调控水稻生殖发育的关键蛋白模块EXO70D2-GORI，更重要的是从细胞“物流”的角度深化了对受精过程的理解。这一发现为通过分子设计育种，定向改良水稻受精效率、提高产量潜力提供了重要的理论靶点和基因资源。

该研究的第一作者为涂燃冉博士，共同第一作者为王宏博士和邹沁雯博士。何光华教授、王楠教授及王宏博士为共同通讯作者。此外，孙志豪博士和吴佳俊硕士对本研究提供了帮助。此项工作得到了国家自然科学基金、四川省杰出青年基金、重庆市杰出科学家项目等资助。

论文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf422