生长素和黄酮类互作在调控拟南芥花粉管生长中的分子机理

花粉管在雌蕊中的极性和定向性生长是开花植物生殖繁衍的关键，也为杂交育种提供重要的理论基础。多种物质直接或间接地参与这一过程，其中包括生长素和植物次生代谢物黄酮。然而，尽管生长素和黄酮均调控花粉管在雌蕊中的生长，其作用的分子机制却了解甚少。在植物的其它发育过程中，生长素对于黄酮代谢酶类的编码基因具有转录调控作用，而活性形式的黄酮如苷元不但在质膜上抑制生长素外运蛋白PIN的活性，还细胞特异性地影响PIN的质膜定位，从而改变生长素的信号传导途径。这些结果都表明生长素和黄酮双向互作。花粉管和雌蕊中存在这些参与生长素和黄酮互作的各种组份，因此相类似的分子机制可能对于花粉管在雌蕊中的极性和定向性生长起重要作用。基于以上分析，我们提出生长素和黄酮通过生长素外运蛋白PIN以及黄酮合成酶类及糖基化酶类进行互作，从而调控花粉管在雌蕊内的生长。期望获得国家科技重大计划中培育项目的资助。

花粉管在雌蕊中的极性和导向性生长是开花植物生殖繁衍的关键，也为杂交育种提供重要的理论基础。花粉管的极性生长受到多种细胞内活动所影响，其中最主要的是活性形式小G蛋白ROP在顶端质膜的动态定位。多种因素影响其动态定位，近年来的研究表明，ROP的动态定位和生长素的极性分布息息相关。最新的研究成果还表明，几个特殊的生长素外运蛋白定位在花粉管内质网上，参与花粉管的极性分布。这些数据都表明在细胞极性生长过程中，生长素、调控生长素运输的PIN蛋白，以及ROP相互影响，从而保证这种特殊的细胞生长方式。本课题最初的研究目的是探究黄酮类次生代谢物在调控PIN蛋白极性定位、生长素运输活性、以及花粉管极性生长中的调控机制。基于国内外最新研究的进展，课题在执行过程中对于研究内容进行了相应的调整。在课题的经费支持下，我们在花粉管极性生长过程中ROP动态定位机制、生长素对于极性生长细胞的影响、以及花粉管生长过程中膜泡动态运输的作用等几个方面有了一定的进展。具体而言，我们证明1）ROP在花粉管极性生长过程中特异性的顶端定位依赖于类受体激酶PRK2。而PRK2的功能主要受到其非催化区的影响，和其激酶的活性无关。2）生长素催进极性细胞生长。这种促进作用依赖于极性细胞膜上特定的类受体激酶。3）在反式高尔基网络/早期胞吞小体上进行的蛋白分拣对于花粉管的生长至关重要。这些研究成果为进一步深入地研究生长素在花粉管极性生长过程中的作用机理奠定了基础。