花粉表面蛋白在花粉发育、花粉与柱头识别中的作用

Pollen coat, rich in pollen coat proteins (PCPs), deposits into pollen wall cavities and plays critical roles in pollen development and pollen-stigma recognition. PCPs are synthesized in tapetum, however, the regulatory molecular network in tapetum for PCPs and their functions are still unknown. In this project, using the cell biology, biochemistry and molecular genetics approaches, we will: 1) reveal the regulatory mechanism for PCPs accumulation in tapetum; 2) create the single mutants and multiple mutants by CRISPR to analyze the involvement of PCPs in pollination and hydration; 3) analyze the function of PCPs genes. This project will demonstrate the genetic regulation for PCPs and understand their functions in the processes of pollen development and pollen-stigma recognition.

花粉表面蛋白存在于花粉外壁的花粉包被中，对花粉自身发育、花粉与柱头的授粉识别起到重要的作用。花粉表面蛋白来源于绒毡层，但是绒毡层对于花粉表面蛋白的调控机制以及各花粉表面蛋白的具体生物学功能现仍不清楚。本项目将综合应用细胞生物学、生物化学和分子遗传学等手段，具体研究：1）绒毡层调控花粉表面蛋白的分子机理。2）CRISPR创制花粉表面蛋白的单突变体与多突变体，重点分析突变体花粉的授粉和水合过程。3）花粉表面蛋白基因的表达和功能分析。通过本项目的实施，进一步揭示花粉表面蛋白的积累规律，以及这些蛋白在花粉发育、花粉和柱头识别这些过程中发挥的生物学作用。

花粉表面蛋白存在于花粉外壁的花粉包被中，通常认为来源于绒毡层。本课题组十多年的研究发现了绒毡层细胞的调控通路 DYT1-TDF1-AMS-MS188-MS1。其中转录因子MS188是花粉外壁的直接调控因子，而MS1是最早报导的拟南芥雄性不育基因。本项目发现该MS188直接调控MS1，而MS1调控花粉表面蛋白以及脂质合成基因的表达。这一研究成果解释了花粉外壁包括花粉外被蛋白阶梯式的非自主合成的调控通路，也明确了MS1这一广泛研究的基因具体功能。由于花粉外被缺乏有效的观察手段，项目研究过程中发明了花粉外被的新染色方法，创制了多个用于观察花粉表面蛋白的标签植株，为花粉外被的研究奠定良好的基础。由于拟南芥花粉表面蛋白存在高度冗余，并且聚集成簇，我们利用crispr技术创制了多个花粉表面蛋白的单突变体与多突变体，分析了突变体花粉的授粉和水合过程。这些研究工作，不仅揭示了花粉外被形成的调控框架，也为进一步深入解析花粉外被参与花粉发育、花粉和柱头识别奠定良好基础。项目执行期间，发表与本项目密切相关的第一标注人文3篇，第二标注论文2篇，完成项目预期目标。