細胞間通訊對于動物不同細胞類型和組織的生長、發育、繁殖以及環境適應性至關重要。在植物中,分泌型小肽是介導這種細胞間通訊的主要信號,但目前只對少數小肽及其受體進行了功能及信號傳導機制研究。胞外小肽CLE19作為胞間信號分子廣泛參與了擬南芥花粉發育、胚胎發育、根分生組織維持等發育過程,但其跨膜信號傳導機制一直不清楚。
花粉作為被子植物的雄配子體,對植物有性生殖至關重要。正常的花粉發育受到環境和自身信號的雙重調控。絨氈層是花藥壁緊挨小孢子的一層體細胞,為小孢子提供必要的花粉壁前體物質,對維持正常花粉育性至關重要。長期以來的觀點一直認為絨氈層和小孢子之間存在著除營養輸出以外的其它信號交流,但一直未能揭示介導該細胞信號交流的胞間信號和膜受體。常芳課題組長期關注植物生殖與環境適應性機制,其團隊前期發現,絨氈層門控轉錄因子DYT1與其下游bHLH轉錄因子通過“前饋”和“正反饋”環路精準迅速放大絨氈層與花粉壁前提物質合成途徑相關的轉錄網絡,而小孢子表達的CLE19及同源多肽則作“剎車”信號,通過未知的跨膜信號轉導來抑制該絨氈層轉錄網絡,從而將花粉壁發育維持在正常狀態。
在此基礎上,最新發表的這篇研究闡明了CLE19直接與PXL1的胞外LRR結構域相互作用,誘導PXL1磷酸化;并促進PXL1與SERKs共受體的相互作用及交互磷酸化,從而順利將細胞間信號轉化為胞內信號,最終保障花粉正常發育。本研究找到了CLE19信號長期以來未知的受體,闡明了PXL1受體接收CLE19小肽信號的關鍵結構域和核心氨基酸位點,同時為配子體協調其外界孢子體組織進行發育的分子機制提供了新思路。此外,該研究還表明了植物同一LRR受體激酶可以在不同組織中作為不同胞外小肽信號的受體,從而調控多個生理過程。
圖1. PXL1識別CLE19小肽調控花粉發育
圖2. SERKs作為PXL1共受體識別CLE19小肽調控花粉發育
復旦大學常芳教授團隊的余英博士(現復旦大學博士后)、清華大學柴繼杰團隊的宋文博士(現中國農業大學教授)和翟諾博士研究生為論文的共同第一作者,復旦大學常芳教授為通訊作者,復旦大學為第一單位。清華大學柴繼杰教授和美國賓州州立大學馬紅教授參與了該研究。上述研究工作得到了科技部重點研發計劃、國家自然科學基金、以及復旦大學“卓越2025”卓識計劃的支持。
原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-023-39074-4.
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