開花植物的精細(xì)胞被包裹在花粉營養(yǎng)細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中，形態(tài)呈梭形，其細(xì)胞壁很薄且不連續(xù)。授粉后，兩個精細(xì)胞被花粉管運(yùn)送到胚囊釋放后，分別與卵細(xì)胞和中央細(xì)胞受精，啟動胚胎和胚乳的發(fā)育。精細(xì)胞這種特殊的幾何形狀是如何維持的？其背后的生物學(xué)意義是什么？這些一直是一個謎。

最近，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所楊維才/李紅菊團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)現(xiàn)，三個單價陽離子/質(zhì)子反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白CHX17、CHX18和CHX19蛋白定位于精細(xì)胞質(zhì)膜和內(nèi)膜系統(tǒng)。正常精細(xì)胞在各個發(fā)育階段都保持梭型，然而chx17/18/19突變體花粉在成熟脫水前，精細(xì)胞呈球形，在脫水后變?yōu)樗笮?，在體外吸水或在柱頭上再吸水后又變?yōu)榍蛐?，在胚囊中釋放后，精?xì)胞快速破裂并消失，導(dǎo)致受精失敗，植物敗育。而精細(xì)胞中的水通道基因TIP5;1突變可以部分恢復(fù)這一缺陷。這些結(jié)果表明，CHX17、CHX18和CHX19介導(dǎo)一種細(xì)胞自主的滲透保護(hù)機(jī)制，對于維持精細(xì)胞的形狀和完整性至關(guān)重要。

開花植物在授粉前后，花粉的水含量劇烈變化，而花粉管在胚囊中釋放精細(xì)胞后，精細(xì)胞經(jīng)歷外環(huán)境的徹底改變。該研究解釋了為什么精細(xì)胞在多次劇烈的環(huán)境變化下，仍能維持特有的梭形性狀，揭示了開花植物的精細(xì)胞自主滲透調(diào)節(jié)的分子機(jī)制及其對雙受精的重要性。

相關(guān)研究論文于8月1日發(fā)表在Molecular Plant雜志（DOI:10.1016/j.molp.2022.07.013）。中科院遺傳發(fā)育所博士陳澍燕為該論文第一作者，李紅菊為通訊作者，楊維才和美國馬里蘭大學(xué)教授Heven Sze指導(dǎo)了此項(xiàng)工作。該項(xiàng)目得到國家自然科學(xué)基金的資助。

開花植物精細(xì)胞的自主滲透調(diào)節(jié)機(jī)制模型

來源：中科院