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釜山国立大学研究人员鉴定出有助于水稻花粉管生长的肽

摘要 双受精是开花植物中的一种复杂机制,其中两个细胞与胚囊融合。为了实现这一目标,从花药释放的花粉必须与植物的柱头相互作用、水合并发芽成...

双受精是开花植物中的一种复杂机制,其中两个细胞与胚囊融合。为了实现这一目标,从花药释放的花粉必须与植物的柱头相互作用、水合并发芽成花粉管。因此,花粉管的萌发和伸长对于双重受精至关重要,进而影响作物的籽粒产量。

受精过程需要称为快速碱化因子(RALF)的肽激素,它参与信号转导。研究表明,RALFs 在花粉管生长中发挥着重要作用。然而,它们在水稻等单子叶植物中的作用仍未被探索。

现在,由釜山国立大学生命科学和环境生物化学系助理教授 Yu-Jin Kim 领导的韩国研究小组,包括庆熙大学的博士生 Eui-Jung Kim,已经鉴定并表征了水稻 ( Oryza sativa )中含有两种 RALF 肽。他们的研究成果于 2023 年 5 月 17 日在线发表在《综合植物生物学杂志》上。

该团队分析了水稻基因组注释项目数据库中的蛋白质序列,并鉴定了 41 个 RALF 基因。其中,OsRALF17和OsRALF19在花粉和花粉管中特异性高表达。研究人员使用多个成簇规则间隔回文重复序列 (CRISPR)/CRISPR 相关蛋白 9 (Cas9) 系统表征了相应的肽。他们产生了敲除突变体,其中一种或两种花粉特异性 RALF 基因不表达。缺少OsRALF17和OsRALF19表达导致水稻几乎完全雄性不育,花粉水合、发芽和管生长存在缺陷,表明它们在雄性繁殖和种子生产中至关重要。有趣的是,当将合成的 OsRALF17 和 OsRALF19 肽外源应用于敲除突变体时,它们逆转了一些生育缺陷。

Kim 博士在解释 RALF 的实际应用时说道:“RALF 肽可以通过充当天然化学激素和生物控制器来控制植物的受精。” 为了测试外源 OsRALF 作为生物控制剂的潜力,研究小组将这两种肽以低浓度添加到正常水稻植株中,从而增强了花粉管的伸长。此外,该效应似乎是剂量依赖性的,因为 OsRALF 在较高浓度下会抑制花粉管的萌发和生长。因此,OsRALFs可以控制管生长的平衡。

最后,研究人员进行了转录组和蛋白质组实验,以了解 OsRALF17 和 OsRALF19 的作用机制。他们发现这两种肽都与一种名为水稻雄性基因转移缺陷2(OsMTD2)的蛋白质受体结合,并通过活性氧传递信号,从而促进花粉管萌发并保持水稻的完整性。

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