S1P信号通路在花粉管生长中的功能研究

Angiosperms evolved a tube like structure—pollen tube, to deliver the sperm cells to the ovule for double fertilization. When pollen tube growth is affected in pistil, it will have direct effects on reproduction efficiency and crop yield. Therefore, the research on molecular mechanisms of pollen tube growth has important theoretical significance and practical value. Our previous study proved sphingosine-1-phosphate (S1P) is a key regulator of turgor pressure in pollen tube. Due to its important roles in pollen tube growth, we will isolate the S1P receptor from Arabidopsis by functional screening and mutant screening. After binding assay, we will test its biochemical and physiological functions as S1P receptor to verify their roles as ligand and receptor. Furthermore, we will dissect the biological function of the S1P receptor by phenotype analysis of mutant pollen tubes. It will help us to better understand the role of S1P signaling in pollen tube growth.

被子植物有性生殖过程需要借助花粉管将两个精细胞运送到胚囊中完成双受精。花粉管在雌蕊体内生长出现问题，会使精细胞运送到胚囊的效率下降，并最终导致植物育性的下降或是不育，从而造成农作物的减产。因此，研究花粉管体内生长的分子机制，有着重要的理论意义和实践价值。我们前期的研究结果证明鞘脂类物质鞘氨醇-1-磷酸（sphingosine-1-phosphate, S1P）通过调节膨压来调控花粉管生长。鉴于S1P在花粉管生长过程中的重要作用，我们将采用功能筛选和突变体分析两种方法来克隆拟南芥中的S1P受体，通过结合实验、以及结合后的生理生化功能分析，验证它们的配体—受体关系。分析突变体花粉管的功能，进一步阐明S1P受体介导的信号通路在花粉管生长调控过程中的作用机制。

本项目围绕S1P信号通路在花粉管生长中的功能开展研究。被子植物有性生殖过程需要借助花粉管将两个精细胞运送到胚囊中完成双受精，这一过程也叫管粉受精。花粉管在雌蕊组织中生长出现问题，会使精细胞运送到胚囊的效率下降，并最终导致植物育性下降或是造成不育，从而使得农作物减产。因此，研究花粉管体内生长的分子机制，有着重要的理论意义和实践价值。我们前期的研究结果证明鞘脂类物质鞘氨醇-1-磷酸（sphingosine-1-phosphate, S1P）通过调节膨压来调控花粉管生长。本课题在前期的研究基础上开展S1P受体的筛选和S1P信号通路调控花粉管生长的分子机制研究。我们采用功能筛选和反向遗传学筛选两种方法来克隆拟南芥中的S1P受体。我们构建了用于哺乳动物细胞功能筛选的拟南芥花序cDNA文库。在功能筛选过程中，由于S1P处理后阳性对照和阴性对照细胞内钙离子浓度均升高，未能筛选到候选的受体。在反向遗传学筛选过程中，我们从花粉管高表达的类受体激酶（receptor-like kinases, RLKs）基因突变体中筛选到一个候选基因MDIS2（MALE DISCOVERER2），该基因在花粉管和根中特异高表达，其编码的蛋白质在花粉管中定位于细胞膜和内膜系统。MDIS2的生化特性有待进一步验证。我们通过转录组分析和基因功能验证的方法来研究S1P信号通路调控花粉管生长的分子机制，发现S1P信号通路通过富含半胱氨酸蛋白RALF7（Rapid Alkalinization Factor 7）来调控花粉管生长。本课题的研究结果有助于更好的了解鞘脂信号通路对植物生殖发育的调控机制。