植物雌雄配子体发育的分子调控机制
完成单位：山东农业大学
完成人员：张彦，李厦，王家刚，谢洪涛，冯强楠
获奖情况：山东省自然科学奖二等奖
项目简介：
植物有性生殖是种群繁衍的基础、是作物产量形成的基础。有性生殖涉及多个复杂的过程，其中雌雄配子体，即胚囊和花粉，是有性生殖顺利进行的前提。深入解析雌雄配子体发生的分子机理对于理解植物育性形成规律及认识作物产量的调控因素具有重要理论意义和实践价值。本项目从组织、细胞和分子水平，系统地研究了植物雌雄配子体发育的分子基础，取得如下主要成果：
1、阐明了活性氧及液泡钙信号介导孢子体绒毡层细胞对雄配子体发育的调控作用，为创制雄性不育的经济作物提供了重要线索。揭示了NADPH氧化酶通过时空特异性表达，控制绒毡层活性氧水平，影响绒毡层细胞程序性凋亡的启动及进程，进而调控花粉发育的新机制；揭示了棕榈酰转移酶PAT10通过控制钙信号蛋白CBL在绒毡层液泡膜上的定位，调控绒毡层细胞的生长发育，继而影响花粉发育的分子机制，为创制雄性不育的经济作物提供了重要线索。
2、揭示了适配蛋白复合体介导的蛋白分拣调控雌雄配子体发育的关键作用，填补了从转录调控到生殖细胞发育间的知识空白。证明了在植物反式高尔基网络上调控膜蛋白分拣的是适配蛋白复合体1(AP-1)。通过遗传学、分子生物学、及细胞学手段，证明AP-1作为植物细胞中关键的调控元件，参与多种膜蛋白的亚细胞分拣，并对其在花粉发育、胚囊发育、助细胞程序性死亡，以及花粉管生长过程中的功能进行了深入的解析。研究工作系统性地发表了多篇论文，包括综合性期刊Proc Nat Acad Sci. U.S.A.等。研究结果为深入理解植物细胞内膜蛋白动态分拣的调控机制提供了重要信息。
3、解析了花粉管进行顶端导向生长的多条信号途径，揭示了配子体型雄性不育的分子机理。围绕花粉管生长及其导向性的分子机制这一问题，结合分子遗传学、细胞生物学等多学科交叉研究，揭示了顶端生长调节蛋白ROP的上游元件，为深入理解植物细胞形态建成机制提供了新思路；鉴定出花粉管表面感受雌蕊信号并引发导向生长的糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白COBL10，不仅首次报道花粉管细胞壁的动态组装参与感受雌性引导信号，对于由其它环境信号引发的细胞壁动态组装也有借鉴意义；揭示了磷脂磷酸酶PTEN介导的PI3P通过影响细胞自噬而调控花粉管生长的分子机理，丰富了对PI3P和细胞自噬的理解，有助于探索这些细胞活动在其它细胞或发育过程中的作用。
上述成果发表SCI论文10篇，总影响因子68。据不完全统计，发表的论文被SCI他引超过220次，包括被Annual Review Plant Biology ，Trends in Plant Science， Nature Communications，Proc Nat Acad Sci USA等国际著名的综述及研究期刊多次引用。本成果中孢子体细胞控制配子体发育的分子机制被著名学术评论机构Faculty 1000作为新发现推荐。本成果中花粉管生长的调控机制在国内及国际同行中产生了较大的影响，被Molecular Plant的花粉生物学专刊引述，并受邀为Molecular Plant等刊物撰写综述。