拟南芥生殖型ADF的功能及其自身活性调控机制的研究

Pollen, as the male gametophyte in higher plants, its germination and the subsequent tube growth is a key step during flowering plant reproduction. Previous studies showed that the actin cytoskeleton is a key regulator during this process. Elucidation of the regulatory mechanism underlying the dynamic assembly of the actin cytoskeleton promises to enhance our understanding of the molecular mechanism underlying pollen tube growth and allow people to genetically manipulate plant reproduction. Our previous studies found that actin-depolymerizing factor (ADF) regulates the dynamic turnover of actin cables and polarized pollen tube growth via severing actin filaments through studying the pollen specifically expressed AtADF7. However, how AtADF7 coordinates with another pollen expressed ADF, AtADF10, to regulate actin dynamics as well as how their activities are regulated remains largely unknown. This project aims to dissect the coordination of those two ADF isovariants and the regulatory mode of their activities. In particular, we will emphasize on how their activity is regulated by phosphorylation and dephosphorylation. This study promises to enrich our knowledge regarding the functions and mode of action of ADF family members as well as the function and mechanism of action of the actin cytoskeleton during pollen tube growth in general.

花粉作为高等植物的雄配子体，其萌发及后续的花粉管生长是植物有性生殖过程的关键步骤。研究表明微丝骨架在这个过程中扮演了非常重要的调控作用，阐明其动态组装调节机制对于理解花粉管生长调控机制以及对其进行遗传学操作具有重要的科学理论意义。我们通过对花粉特异表达的拟南芥微丝解聚因子7（actin-depolymerizing factor7; AtADF7）的研究发现其介导微丝切割参与调控花粉管槽部微丝束的动态解聚以及花粉管的极性生长，但ADF7如何与另一个花粉特异表达的ADF异构体（AtADF10）协作调控花粉管微丝动态组装以及他们自身的活性调控并不清楚。本项目拟对花粉管中ADF异构体的功能协作及他们自身的活性调控方式（重点观察磷酸化/去磷酸化调控方式）进行研究。该研究将加深人们理解ADF家族蛋白的功能和作用机制以及微丝骨架调控花粉管极性生长的作用机制。

微丝骨架作为花粉管生长过程中一个非常重要的调节因子，参与了花粉萌发过程中细胞极性的建立以及后续快速的花粉管生长过程。ADF是一类非常重要的微丝动态调控因子，能够促进微丝的解聚，拟南芥中含有两个生殖型ADF, 已有的研究表明拟南芥生殖型ADF7参与调控花粉管槽部微丝束的动态解聚，但两个生殖型ADF如何协作以及ADF自身的活性调控机制并不清楚。因此，本项目对花粉管中生殖型ADF异构体的功能协作及ADF的活性调控方式进行了研究。突变体表型分析发现adf10和adf7突变体花粉都表现出对LatB处理的抵抗，但adf10的抵抗程度更高；体外生化实验发现ADF10的微丝解聚能力强于ADF7，这些结果说明可能ADF10在调控花粉管微丝动态周转方面起着更为重要的作用；另一方面，研究发现ADF10从花粉管顶端到槽部都有分布，且与ADF7不同，ADF10还存在许多弥散状的分布，推测ADF10在体内可能结合更多的游离的ADP-actin。在槽部，ADF7和ADF10可能协同作用，而在花粉管顶端，可能ADF10发挥主要作用，这些结果明确了生殖型ADF在花粉管极性生长过程中的功能及其可能的协作机制。进一步的研究表明ADF7微丝解聚活性受到CDPK16的磷酸化调控。综上所述，本项目的研究将有助于人们对ADF家族蛋白的功能和作用机制的理解，也为微丝骨架调节花粉管生长的分子机理提供了重要的理论依据。