近日，我校生命科學(xué)學(xué)院、亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室周海/初志戰(zhàn)/謝勇堯團(tuán)隊(duì)在The Plant Cell在線(xiàn)發(fā)表了題為“BOTRYOID POLLEN 1 regulates ROS-triggered PCD and pollen wall development by controlling UDP-sugar homeostasis in rice”的論文（論文鏈接：https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koad181/7205863?searchresult=1），揭示了UDP-糖代謝參與水稻花藥絨氈層和花粉壁發(fā)育的分子機(jī)制。

　　UDP-糖作為糖的活化形式，不僅是調(diào)控生物體生長(zhǎng)發(fā)育的重要信號(hào)物質(zhì)，還可以通過(guò)糖基轉(zhuǎn)移參與糖基化反應(yīng)，是生物體多糖合成的重要供體。UDP-糖作為合成水稻花藥胼胝質(zhì)和花粉壁等成分的底物，在水稻花藥發(fā)育各個(gè)環(huán)節(jié)中起到關(guān)鍵的作用。

　　該團(tuán)隊(duì)在水稻品種臺(tái)中65的轉(zhuǎn)化后代中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)完全雄性不育的突變體。表型觀(guān)察發(fā)現(xiàn)其花粉粘連成葡萄簇狀，難以分離，因此將其命名為葡萄簇狀花粉（botryoid pollen 1，bp1）突變體。遺傳分析發(fā)現(xiàn)該性狀受一對(duì)基因控制，圖位克隆結(jié)合TAIL -PCR結(jié)果顯示UDP-葡萄糖差向異構(gòu)酶基因（UGE1）的5'UTR區(qū)域存在一個(gè)T-DNA插入。BP1/ UGE1具有催化UDP-葡萄糖和UDP-半乳糖相互轉(zhuǎn)化的功能，從而調(diào)節(jié)UDP-糖的平衡，在水稻花藥發(fā)育的大部分階段發(fā)揮重要作用。BP1功能的喪失導(dǎo)致了UDP-葡萄糖的大量積累和其他UDP-糖的不平衡。突變體bp1中較高的UDP-葡萄糖及其衍生物含量可能誘導(dǎo)NADPH氧化酶基因的表達(dá)，導(dǎo)致活性氧（ROS）的過(guò)早積累，從而誘導(dǎo)花藥壁程序性細(xì)胞死亡（PCD）的提前，但是最終絨氈層降解的結(jié)束又是延遲的。UDP-葡萄糖作為代謝物，其積累導(dǎo)致胼胝體降解異常，從而導(dǎo)致小孢子相互黏連。最后，發(fā)現(xiàn)UDP-糖的代謝還參與小孢子壁初始框架的形成，由于bp1中UDP-糖的代謝異常導(dǎo)致花粉壁的工字型結(jié)構(gòu)完全瓦解。該研究結(jié)果揭示了UDP-糖可能作為信號(hào)分子調(diào)控細(xì)胞ROS積累和PCD，又可作為代謝物質(zhì)參與胼胝體降解和花粉壁形成的分子機(jī)制。

　　生命科學(xué)學(xué)院畢業(yè)博士陳慧瓊、碩士張舒清、博士李瑞綺，出站博士后彭國(guó)清為共同第一作者，生命科學(xué)學(xué)院、亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室周海研究員、初志戰(zhàn)副教授、謝勇堯研究員為論文共同通訊作者。莊楚雄/周海研究員團(tuán)隊(duì)、劉耀光院士團(tuán)隊(duì)、吳藹民教授團(tuán)隊(duì)、澳大利亞墨爾本大學(xué)Joshua L. Heazlewood教授團(tuán)隊(duì)等對(duì)本研究提供了支持。本研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體項(xiàng)目、“十四五”廣東省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新大主攻方向“揭榜掛帥”項(xiàng)目、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目和嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目的資助。

文圖/生命科學(xué)學(xué)院