Current Biology | 瞿禮嘉課題組發(fā)文揭示擬南芥LLG2/3作為RALF4/19-BUPS/ANX復(fù)合體的共受體參與調(diào)控花粉管破裂
2019年9月26日，Current Biology雜志在線發(fā)表了來(lái)自北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心瞿禮嘉課題組的“LLG2/3 are co-receptors in BUPS/ANX-RALF signaling to regulate Arabidopsis pollen tube integrity”研究論文，揭示了擬南芥中兩個(gè)糖基化磷脂酰肌醇錨定蛋白 (GPI-AP) LLG2和LLG3作為RALF4/19-BUPS/ANX受體復(fù)合體的共受體，調(diào)控花粉管細(xì)胞的破裂。
在被子植物的有性生殖過(guò)程中，花粉管是精細(xì)胞的運(yùn)輸載體，它經(jīng)歷與雌方多種組織和細(xì)胞的相互作用，最終將精細(xì)胞送至雌配子體進(jìn)行雙受精。因此，花粉管的細(xì)胞完整性對(duì)精細(xì)胞的順利傳送至關(guān)重要，即花粉管既要在極性生長(zhǎng)過(guò)程中保持一定的細(xì)胞完整性，防止精細(xì)胞提前釋放，又要在胚珠中及時(shí)破裂，為雙受精進(jìn)一步進(jìn)行準(zhǔn)備。瞿禮嘉課題組2017年的工作發(fā)現(xiàn)，花粉管細(xì)胞完整性的維持及破裂過(guò)程主要受RALF4/19/34-BUPS/ANX信號(hào)復(fù)合體調(diào)控。他們發(fā)現(xiàn)花粉管特異表達(dá)的BUPS1/2受體通過(guò)與同屬CrRLK1L (Catharanthus roseus receptor-like kinase) 受體家族的ANX1/2受體形成受體復(fù)合體，通過(guò)識(shí)別花粉管自分泌的快速堿化因子 (Rapid ALkalinization Factor, RALF) 家族成員RALF4/19小肽維持花粉管的細(xì)胞完整性，而通過(guò)識(shí)別胚珠分泌的RALF34小肽控制使得花粉管破裂并釋放精細(xì)胞 (Ge et al., Science, 2017) 。
已有研究發(fā)現(xiàn)GPI-AP蛋白LRE和LLG1可以作為分子伴侶參與FER受體所介導(dǎo)的信號(hào)途徑，而FER受體與BUPS1/2和ANX1/2一樣同屬CrRLK1L受體家族(Tsukamoto et al., Plant Journal, 2010; Li et al., eLife, 2015)。為了鑒定參與花粉管細(xì)胞完整性調(diào)控的其他因子，瞿禮嘉課題組在系統(tǒng)地分析了擬南芥中的GPI-AP基因之后，發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)與LRE/LLG1相似、其相互之間序列又非常相似的GPI-AP基因LLG2和LLG3，這兩個(gè)基因在花粉中大量表達(dá)。隨后他們采用CRISPR/Cas9基因敲除技術(shù)將這兩個(gè)基因敲除，獲得了llg2 llg3雙突變體。llg2 llg3雙突變體存在嚴(yán)重?cái)∮谋硇停叟渥芋w傳遞率幾乎為零；重要的是，體外萌發(fā)的llg2 llg3突變體花粉管提前發(fā)生破裂。這一系列表型與anx1 anx2、bups1 bups2和ralf4 ralf19等相關(guān)突變體的表型非常相似，暗示著LLG2/3可能參與了RALF4/19-BUPS/ANX信號(hào)復(fù)合體所介導(dǎo)的信號(hào)通路。之后，通過(guò)一系列生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)LLG2/3不僅可以直接結(jié)合RALF4/19小肽，還可以與BUPS1/2和ANX1/2受體的胞外域直接相互作用。更為有趣的是，當(dāng)在體外pull-down實(shí)驗(yàn)體系中加入RALF4/19小肽時(shí)，可以顯著加強(qiáng)LLG2/3與BUPS1/2、ANX1/2受體胞外域之間的相互作用。同時(shí)，他們還通過(guò)蛋白截短實(shí)驗(yàn)找到了LLG2/3、RALF4/19和BUPS1/2以及ANX1/2中負(fù)責(zé)相互作用和活性控制的區(qū)域。這些發(fā)現(xiàn)提供了直接證據(jù)證明LLG2/3可能作為共受體參與BUPS/ANX受體復(fù)合體識(shí)別RALF4/19小肽過(guò)程。因此，LLG2/3共受體的發(fā)現(xiàn)完善了RALF4/19-BUPS/ANX復(fù)合體維持花粉管細(xì)胞完整性的分子機(jī)理，也進(jìn)一步增進(jìn)了我們對(duì)植物受精過(guò)程中信號(hào)交流的理解與認(rèn)識(shí)。
llg2 llg3 雙突變體育性嚴(yán)重受損、花粉管提前破裂
由于瞿禮嘉課題組在擬南芥花粉管細(xì)胞完整性調(diào)控機(jī)理研究中取得了一系列的重要成果，近期他們已受邀為New Phytologist (Tansley Insights)撰寫綜述論文 (Ge, et al., New Phytologist, 2019)。
北京大學(xué)生命科學(xué)院瞿禮嘉教授為該論文的通訊作者，他實(shí)驗(yàn)室的博士后葛增祥博士、北大-清華聯(lián)合生命中心2016級(jí)博士研究生趙玉玲為該論文的共同第一作者；馬薩諸塞大學(xué)安姆斯特分校Alice Y. Cheung教授和Hen-Ming Wu教授、德國(guó)雷根斯堡大學(xué)Thomas Dresselhaus教授、美國(guó)Rutgers大學(xué)董娟博士、北京大學(xué)生命科學(xué)院顧紅雅教授和肖俊宇研究員等也參與了其中部分工作。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、中國(guó)博士后基金和北大-清華聯(lián)合生命中心的資助。
原文鏈接：https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(19)31081-4
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