2022年7月4日，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院王浩教授團(tuán)隊(duì)在《Autophagy》 (2022 IF:13.391) 上發(fā)表題為“Autophagy and its mediated mitochondrial quality control maintain pollen tube growth and male fertility in Arabidopsis ”的研究論文，該研究揭示了在擬南芥花粉管生長(zhǎng)和雄性生殖過程中，自噬在介導(dǎo)線粒體質(zhì)量控制中發(fā)揮重要的調(diào)控生物學(xué)功能。

  自噬(Autophagy)是真核生物的主要分解代謝途徑之一，參與調(diào)控植物生長(zhǎng)、發(fā)育和衰老等過程。近年研究發(fā)現(xiàn)自噬也參與調(diào)控植物生殖和育性，其中包括雄性配子體形成和植物自交不親和反應(yīng)等。快速且極性生長(zhǎng)的花粉管負(fù)責(zé)介導(dǎo)和運(yùn)輸兩個(gè)精細(xì)胞至子房并釋放，在植物有性生殖過程中發(fā)揮著關(guān)鍵的功能。花粉管的快速的生長(zhǎng)需要消耗大量的物質(zhì)和能量。通過降解胞內(nèi)儲(chǔ)存的淀粉、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)等物質(zhì)，花粉管可持續(xù)獲得細(xì)胞生長(zhǎng)所需的物質(zhì)與能量。但是，自噬是否參與并調(diào)控了花粉管生長(zhǎng)以及它在植物受精過程中發(fā)揮怎樣的生物學(xué)功能都尚未被研究和揭示。

  該研究發(fā)現(xiàn)自噬在擬南芥花粉管生長(zhǎng)和雄性育性過程中發(fā)揮重要生物學(xué)功能。通過研究和追蹤自噬報(bào)告蛋白SH3P2和核心ATG蛋白的亞細(xì)胞定位和運(yùn)動(dòng)軌跡，揭示了自噬在花粉管中的生物發(fā)生過程與時(shí)空分布。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，抑制自噬可顯著抑制擬南芥花粉萌發(fā)、花粉管生長(zhǎng)和植物受精過程。在生長(zhǎng)的花粉管中，對(duì)ATG8e標(biāo)記的自噬小體和去極化線粒體實(shí)時(shí)追蹤成像發(fā)現(xiàn)，它們?cè)跁r(shí)空上可以發(fā)生結(jié)合與互作，誘導(dǎo)線粒體自噬的發(fā)生，且進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)該互作是由ATG8-family interacting motif（AIM）識(shí)別位點(diǎn)所特異性介導(dǎo)。最后，該研究發(fā)現(xiàn)，在花粉管中，線粒體自噬與多種形式的自噬共同存在并維系花粉管的快速生長(zhǎng)，在擬南芥雄配子體受精過程中發(fā)揮重要的調(diào)控功能。該研究對(duì)深入闡明自噬調(diào)控花粉管極性生長(zhǎng)和育性的分子作用機(jī)制和生物學(xué)功能奠定了重要的理論基礎(chǔ)。

花粉管生長(zhǎng)過程中自噬途徑的示意圖

  華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院閆河博士為該文第一作者，王浩教授為通訊作者。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)吳鴻教授、黃巍教授以及南方科技大學(xué)謝宇聰教授對(duì)該研究提供了寶貴的技術(shù)支持。該研究得到國家自然科學(xué)基金委重大研究計(jì)劃和面上項(xiàng)目以及廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。

文圖/生命科學(xué)學(xué)院 王浩