拟南芥的生长素横跨细胞内质网进行跨膜运输和雄配子体的发育

生物通，2012-07-09

近日来自比利时根特大学、山东大学等机构的研究人员发表了题为“ER-localized auxin transporter PIN8 regulates auxin homeostasis and male gametophyte development in Arabidopsis”的研究论文，首次发现生长素除了能够通过细胞与细胞之间的极性运输，还能够在细胞内部以急性运输的方式，横跨细胞内质网进行跨膜运输。相关成果发布在7月3日的《自然通讯》（Nature Communications）杂志上。

文章的通讯作者是比利时根特大学的Jiri Friml教授。生命科学学院植物细胞工程与种质创新教育部重点实验室的丁兆军教授为该文章的第一作者。丁兆军早年在中国科学院植物研究所攻读博士，后赴德国马普植物育种研究所和比利时根特大学从事博士后研究。2011年，以“齐鲁学者”特聘教授引进到山东大学工作。是第二批国家“青年千人”获得者，主要从事植物激素尤其是生长素的极性运输和信号传导介导的植物生长发育的研究。

植物激素生长素（Auxin）在植物发育中起着至关重要的作用，充当着多方面的协调信号调节了包括雌配子体图式形成、胚胎发育、器官发生、分生组织活动，以及对环境刺激和其他的生长反应等许多的过程。发芽花粉中高生长素浓度和发育花粉中的活性生长素反应表明生长素可能也在雄配子体发育和功能中发挥了作用，但目前对于这一作用机制却并不清楚。

生长素作用的一个关键方面是它依赖于局部生长素生物合成和定向、细胞间的生长素运输呈梯度分布（生长素梯度）。这一极性运输在大部分生长素调控的过程中起至关重要的作用，是由AUX1/LAX家族生长素流入载体蛋白、PIN生长素流出载体蛋白和ABCB多药耐药转运子同源物介导。这些生长素载体蛋白通常定位于质膜（PM）上，促进生长素流过细胞膜进出细胞。近期有研究发现拟南芥PIN5转运蛋白定位在内质网（ER）对调控生长素代谢起重要作用。这些结果表明存在生长素跨内质网膜运输。

在这篇文章中，研究人员证实PIN生长素极性运输载体家族成员PIN8表达于拟南芥的雄配子体中，对花粉发育和功能至关重要。在孢子体组织中异位表达确立了PIN8在调控生长素平衡和代谢中的作用。PIN8与PIN5共定位到内质网上，在内质网上PIN8充当了生长素转运蛋白。遗传学分析揭示PIN5 和 PIN8相互拮抗调控了细胞内生长素平衡和配子体以及孢子体发育。

新研究证实了生长素运输在雄配子体发育中的作用，定位于核糖体的PIN转运蛋白的不同作用调控了细胞生长素的平衡，并揭示了维持了对花粉发育和花粉管生长最佳的生长素水平。