北京林业大学付玉杰教授团队揭示AeADF1调控金花葵花粉管生长的机制

金花葵是秋葵属中面临濒危的一种药食同源的重要经济资源植物。金花葵的花期非常短暂，从开放到枯萎只有几个小时1。因此花粉的萌发和花粉管顶端的极性生长不仅是保证其充分受精的前提，也是其繁衍后代的关键。此外，金花葵体内具有特异的类黄酮金丝桃苷，且其具有促进花粉萌发和花粉管生长的作用。类黄酮等小分子化合物作为植物界广泛存在的多酚类化合物，在植物生长发育和抗逆中发挥关键作用，尤为重要的是，类黄酮类物质也在花的生殖发育过程起到重要的调控作用。

近日，Horticulture Research在线发表了北京林业大学林木分子设计育种高精尖创新中心付玉杰教授团队题为Hyperoside promotes pollen tube growth byregulating the depolymerization effect of ACTIN-DEPOLYMERIZING FACTOR 1 onmicrofilaments in okra的研究论文。

课题组前期研究发现金丝桃苷作为信号物质，在调节金花葵花期和结实的分子机制中起到重要作用2-3。该研究在此基础上，进一步发现，金丝桃苷可以促进金花葵的花粉萌发和花粉管生长。为研究该过程内在的分子机理，测定了在花粉管的极性生长中起重要作用的肌动蛋白结合蛋白(ADF)在金丝桃苷处理下的表达，发现AeADF1和AeADF5基因的表达量均显著升高。因此推测，金丝桃苷影响ADF基因的表达从而在花粉管生长中发挥作用。ADF蛋白作为真核细胞中分子量较低的肌动蛋白调控蛋白，可以与肌动蛋白结合从而促进微丝的解聚或聚合调控微丝的动态。该课题组通过烟草叶片细胞系统证明了金丝桃苷促进微丝的解聚。对AeADF1和AeADF5的结构分析预测AeADF1具有微丝解聚的功能。亚细胞定位和微丝活性观察实验证明金丝桃苷促进AeADF1蛋白对微丝的解聚作用。

金花葵等非模式植物的研究因缺乏有效而快速的转基因体系而受到困扰。因此，建立一种稳定高效的转基因体系是至关重要的。为此，该研究建立了花粉管寡合苷酸转染系统，该体系可以准确高效地干扰基因的表达。通过花粉管寡合苷酸转染系统获得了瞬时抑制表达AeADF1基因的花粉，并观察了金丝桃苷处理下它的花粉生长。与对照组相比，AeADF1的抑制表达降低了花粉的发芽率和花粉管长度。外源金丝桃苷的施加可以部分恢复花粉的萌发率和花粉管长度。以上结果表明， AeADF1在金丝桃苷促进花粉萌发和花粉管生长中具有积极影响。

金丝桃苷促进金花葵花粉管生长的分子机制图