梨花柱多肽StEP和HT-B调控自交不亲和花粉管生长的分子机制

Pear presents a typical gametophytic self-incompatibility, based on the studies on the physiological and molecular characters of the recognition between pollen and pistil in Pyrus, ‘Dangshansuli’, ‘Yali’ and ‘Jinzhuili’ (a self-compatible mutant of ‘Yali’) are selected as plant materials to investigate the mechanism of the stylar peptides StEP and HT-B in the regulation of self-pollen tube growth by various technologies including immunofluorescence label assay, molecular clone, protein expression in vitro, laser confocal scanning microscope, electron microscopy. This project covers isolation and purification of peptides StEP and HT-B from the pear styles, subcellular localizaion, and analysis of their cytological functions involved in self-incompatibility reaction including how the StEP and HT-B entering pear self-pollen tube and how many pollen proteins interacted with the stylar peptides. Finally, we will reveal the mechanism of the stylar peptides StEP and HT-B in the regulation of self-pollen tube growth in Pyrus. This is essential to improve the scientific theories of pear self-incompatibility.

梨是典型的配子体型自交不亲和性果树。本项目拟在长期研究梨自交不亲和性生理及分子机制的基础上，采用全基因组测序品种‘砀山酥梨’、‘鸭梨’和‘金坠梨’（‘鸭梨’的自交亲和性突变品种）为研究材料，综合应用免疫荧光标记、分子克隆及体外表达、激光共聚焦显微镜、电镜等研究手段和技术，分析梨花柱胞外多肽StEP和HT-B在梨自交不亲和反应中的功能特性。在克隆StEP和HT-B基因的全长的基础上，通过体外表达和花柱提取纯化两种方法，获得梨花柱胞外多肽StEP和HT-B，研究其对自交不亲和花粉管生长的调控特性，探明其进入自花花粉管的运动特征并鉴定其与自花花粉管的互作蛋白，明确StEP和HT-B协同S-RNase对自交不亲和花粉管内亚细胞器结构变化特性的调控作用，最终阐明StEP和HT-B在梨自交不亲和反应中的功能机制，从而进一步完善梨自交不亲和性的分子机理。

梨是典型的配子体自交不亲和性果树。本项目基于前期研究基础，挖掘出RALF、TTS和PSK等参与调控自交不亲和性的多肽，解析了这些多肽调控花粉管生长的分子机制，主要内容包括：第一、基于生物信息学方法分离出梨RALF基因家族成员，明确了各成员的组织表达特性，鉴定出参与调控花粉管生长的多肽RALF2；基于酵母双杂交、荧光互补、Pull-down等蛋白互作试验方法，挖掘出RALF2的互作蛋白CrRLK1L，揭示了RALF2通过与CrRLK1L的直接互作促进CrRLK1L的磷酸化；采用As-ODN和模式植物转基因的方法，明确了CrRLK1L蛋白磷酸化促进ROS含量增加，从而抑制了花粉管生长的分子机制。第二、基于生物信息学方法分离出梨HRGP家族成员，明确了该家族成员的基因结构特征、系统分类与演化特征，挖掘出参与调控花粉管生长的HRGP家族成员TTS1；基于酵母双杂交、荧光互补、Pull-down等蛋白互作试验方法，鉴定出TTS1的互作蛋白PCCP1，明确了TTS1和PCCP1正调控花粉管的生长。第三、基于生物信息学方法分离出多肽PSK基因家族成员，明确了家族成员的基因结构特征、系统分类与演化特征，揭示了各成员的组织表达特性，分离出一个在花粉中高表达的PSK2；该基因正向调控花粉管中活性氧的积累，从而促进了花粉管的生长。