与花粉受体激酶LePRK1关联的多条通路调控花粉管顶端生长的分子模型构建

作为一种快速生长的植物细胞，花粉管对于植物的有性生殖、农作物产量形成以及物种保持都是至关重要的，因为花粉管通过生长把本身不会运动的植物雄性配子（即精细胞）运送到雌蕊组织中的胚珠才能实现受精。花粉管的顶端生长需要膜泡运输、动态微丝细胞骨架、膜上磷酸肌醇代谢、离子分布、细胞壁构建与修饰、以及小G蛋白和受体激酶等信号传导多个方面的协调运作。本课题组前期研究提示花粉管质膜定位的花粉受体激酶LePRK1可能通过招募KPP、ARF-GAP、微丝结合蛋白等胞内分子整合膜泡运输、微丝骨架等细胞事件并协调磷酸肌醇、小G蛋白等多条分子途径而保障花粉管快速生长。本课题拟利用已构建的番茄转基因材料，综合运用活体细胞学、生物化学、代谢组学以及化学遗传学筛选等手段，量化解析由花粉受体激酶LePRK1整合的多条通路协作调控花粉管顶端生长的分子机制。进而结合国际相关研究进展，构建花粉管顶端生长调控的分子线路图和全局模型。

花粉管的管状快速生长不仅对于开花植物完成双受精至关重要，而且是典型的极性生长，与雌蕊组织存在大量的信号交流，进而成为研究胞间信号传导和细胞极性生长的极佳模式系统和热点研究领域。本课题研究揭示花粉受体激酶 LePRK1的过表达能转换番茄和拟南芥花粉管的生长模式，并鉴定出花粉管生长模式转换调控的核心分子组合LePRK1-KPP-PLIM2a，明确了受体激酶通路与微丝骨架的一个连接分子；鉴定番茄花粉管与雌蕊柱头信号交流的关键分子STIG1，并揭示STIG1既可以结合花粉受体激酶LePRK2，又可以结合磷脂酰肌醇磷酸，促进花粉管生长速度加快。