CLE多肽类激素与BR信号通路互话调控花粉壁发育的分子机制

The pollen wall acts as a biological protector of male sperm and play roles during pollination. The outer pollen walls calls exine. Defective pollen exine formation usually affects plant reproduction and crop yield. Previous studies of the applicant demonstrated the first negative regulatory pathway in controlling the appropriate amount of pollen exine components, and uncovered the molecular mechanism that CLE peptide hormones negatively regulates the deleterious overexpression of AMS-regulated transcriptional network to keep the normal pollen wall formation. However, signal transduction components that link the CLE peptide to the transcriptional network are still unknown. The quantitative proteomic data from the applicant, that the expression or phosphorylation level of 13 BR pathway members were affected by CLE19 peptide, suggested the crosstalk between the pathways of CLE peptide hormone and BR signal. Therefore, in this project, the applicant aims to uncover the function of these BR pathway molecules and clarify the crosstalk mechanisms between CLE peptide hormone and BR signaling pathways in the regulation of pollen exine formation. This study shall deepen the knowledge of both pollen development- and hormone signaling transduction-study fields, and will provide supports for crop improvement.

花粉壁能保护花粉内的精核并在授粉过程中发挥作用。因此，花粉壁发育异常会最终影响植物繁衍、作物产量。申请人前期研究发现CLE多肽激素通过抑制AMS-ATMYB103/80-MS1转录网络的过量有害表达，而将花粉外壁组分合成维持在合理水平，籍此保证花粉育性。这是迄今揭示的第一个负向调控该过程的胞外信号分子。但CLEs调控绒毡层转录网络的中间环节尚不清楚。申请人定量蛋白质组数据表明：13个BR信号通路成员蛋白或磷酸化水平在花药中受CLE19影响，但CLEs是否确通过这些BR成员而发挥功能还有待深入系统地研究。因此申请人拟综合利用组学、生化、遗传学等多种手段，系统分析CLE胞外多肽激素和BR通路互话调控花粉外壁发育的分子机制。此项目研究不仅为作物育性研究奠定理论基础，其多肽激素和小分子化学激素协调作用的研究结果将是雄性育性调控和多肽领域现有理论研究的重要补充。

花粉壁能保护花粉内的精核并在授粉过程中发挥作用。因此，花粉壁发育异常会最终影响植物繁衍、作物产量。项目负责人前期研究发现CLE多肽激素通过抑制花药绒毡层中花粉外壁组分合成相关的转录网络的过量有害表达而保证花粉育性。此外，项目负责人基于转录组、定量蛋白质组、定量磷酸化组的数据亦暗示CLE19与BR两个信号分子对多个花粉发育相关基因及蛋白的表达和修饰上存在相反的影响，特别是CLE19调控多个BR信号途径元件的蛋白表达水平和磷酸化修饰状态，暗示了CLE19与BR信号在调控花粉壁形成过程中存在拮抗作用。基于此，本项目重点围绕CLE多肽激素和BR信号途径互话调控花粉外壁发育这一科学问题，通过综合利用一系列突变体表型分析、遗传、细胞、生化及组学分析等研究方法，明确了BR信号多个元件在花粉外壁合成过程中的功能；揭示了CLE19和BR信号途径拮抗调控绒毡层转录网络以及花粉壁发育的分子机制；鉴定到了介导CLE19信号而花药发育过程的受体和共受体、并进行了功能和遗传验证；从全基因组层面揭示了模式植物拟南芥6个不同的营养/生殖组织（时期）特异的蛋白表达和磷酸化修饰组；结合外源处理及表型分析明确了CLE19信号与BR信号的拮抗互话机制在调控不同组织发育过程中的相同和差异。.综上，项目按计划顺利完成了申请书中的全部研究目标。项目的研究进展推进了对激素互话在生殖发育调控过程中的功能和机制的认识，也为通过遗传改良优化植物育性及高温耐受性提供了新的参考。