花粉转录因子PTF1家族调控花粉管极性生长和雌雄互作的机理

授粉受精作用与植物繁殖、育种和农作物生产密切相关。在显花植物中，有效的授粉受精依赖于花粉管能成功地把精细胞传送到胚囊中，这个过程包括花粉管的萌发、极性定向生长和精子释放三个重要环节，涉及到一系列复杂的雌雄互作机制。研究已经发现精子的释放受花粉管与胚囊中助细胞互作机制的调控，我们前期的研究表明花粉转录因子PTF1家族参与调控花粉管的生长和精子的释放，该基因家族重要成员突变造成花粉管在胚囊中穿过助细胞后不能停止生长和不能爆裂释放精子，导致受精失败。目前对该基因作用的分子机理还不了解，本项目拟利用各种分子生物学、细胞生物学、生物化学、遗传学等方法进一步鉴定PTF1家族的功能，分离鉴定PTF1下游靶标基因，以期在目前的基础上进一步深入了解调控花粉管生长和精子释放的分子遗传机理，探索植物有性生殖过程中花粉管生长及雌雄互作的遗传机理。

拟南芥花粉表达转录因子1(PTF1)家族共有七个成员，编码一个MYB转录因子亚家族。本项目是通过鉴定PTF1家族在调控花粉管生长中的作用研究植物受精过程中花粉管-助细胞互作调控花粉管爆裂释放精细胞的机制。按期实施了所拟订的研究计划，基本上达到了预期的研究目标。所取得的研究进展归纳为如下4个方面：（1） 阐明了PTF1家族成员的表达模式，PTF1a（MYB97）、PTF1b（MYB120）和PTF1c（MYB101）在花粉和花粉管中表达水平比较高，其余四个成员在花粉和花粉管中仅有低水平的表达；（2） PTF1a（MYB97）、PTF1b（MYB120）和PTF1c（MYB101）在调控花粉管爆裂释放精细胞中起重要作用，其余成员不起作用或作用甚微；（3）鉴别出2个候选的直接下游靶标基因（CAP3和CAP4）可能与花粉管-助细胞互作调控花粉管爆破释放精细胞相关，CAP基因属于编码一类CRP多肽的基因家族，能与助细胞表达的类受体激酶FERONIA互作，具有起信号分子参与细胞间互作的特性，在花粉管中表达CAP3或CAP4可以部分互补ptf1a ptf1b ptf1c三突变的表型；（4）利用CRISPR/cas9技术鉴别出紧密连锁的PTF1f和PTF1g功能冗余，在花粉形成过程中起重要作用。上述研究结果证明了花粉管组分参与花粉管-助细胞互作调控精细胞释放，部分研究结果已经发表在PLoS Genetics杂志上，受到同行们的广泛关注。本项目先后支持梁彦等10多名博士、硕士研究生和2名青年教师进行科研活动，其中4人获得了博士学位，1人获得硕士学位。