南京农业大学揭示OsYDA1/OsYDA2-OsMKK4-OsMPK6信号级联调控水稻绒毡层和花粉发育的分子机制

植物科学最前沿 · 公众号 · · 2024-05-25 17:35

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水稻是我国重要的粮食作物之一，花粉的正常发育与否直接决定水稻产量的高低。花粉育性离不开外围组织花药壁的正常发育。药室壁由外到内由四个不同的细胞层包围，包括表皮、内皮、中层和绒毡层 (Liu et al., 2023)。其中绒毡层是花药壁的最内层，为花粉发育提供必要的物质和营养 (Gomez et al., 2023)，其发育和适时降解对花粉育性至关重要。绒毡层的发育受到众多转录因子的调控 (Liu et al., 2023; Gomez et al., 2023)，然而，对于参与这一过程的信号级联通路尚未有明确的解析。

近日， JIPB 在线发表了南京农业大学赵晶等人题为 “Sporophytic control of tapetal development and pollen fertility by a mitogen-activated protein kinase cascade in rice” 的研究论文 ( https://doi.org/10.1111/jipb.13673 )。该研究发现由OsYDA1/OYDA2-OsMKK4-OsMPK6组成的丝裂原活化蛋白激酶 (MAPK) 级联在水稻绒毡层发育和雄配子体育性中起重要作用。该信号级联功能的丧失导致花药不开裂，绒毡层异常增生，花粉育性降低。

osyda1 osyda2 /+, osmkk4 和 osmpk6 突变体中绒毡层细胞不规则增厚， osmkk4 和 osmpk6 绒毡层细胞程序性细胞死亡 (programmed cell death，PCD) 延迟发生，参与绒毡层发育和降解的 OsTDR1 、 OsEAT1 、 OsPTC 等相关基因也均发生显著变化，遗传分析显示 OsMKK4 和 OsMPK6 突变引起的花粉败育为孢子体效应。此外持续激活的OsMPK6 (CA-OsMPK6) 可以挽救 osmkk4 突变体中的花粉缺陷表型，证实OsMPK6在OsMKK4下游发挥作用。该研究揭示了水稻MAPK信号级联在调控雄配子体发育中的新功能。

Figure 1. OsYDA1/OsYDA2-OsMKK4-OsMPK6 cascade plays an important role in

tapetal development and male gametophyte fertility

南京农业大学植物保护学院已毕业博士生 曾建国 与硕士生 段曼曼 为共同第一作者，赵晶副教授为该论文通讯作者，浙江大学徐娟教授和美国密苏里大学 张舒群 教授参与了初期研究工作。该研究得到国家自然科学基金青年基金 (32100288)，江苏省青年基金 (BK20200558) 以及中央高校基础业务费的资助。

参考文献：

Liu, D., Shi, J., Liang, W., Zhang, D. (2023). Molecular mechanisms underlying plant environment-sensitive genic male sterility and fertility restoration. Seed Biology 2: 13

Gómez, J.F., Talle, B., Wilson, Z.A. (2015). Anther and pollen development: A conserved developmental pathway. J. Integr. Plant Biol. 57: 876–891

文章引用：

Zeng, J., Duan, M., Wang, Y., Li, G., You, Y., Shi, J., Liu, C., Zhang, J., Xu, J., Zhang, S., and Zhao, J. (2024). Sporophytic control of tapetal development and pollen fertility by a mitogen-activated protein kinase cascade in rice. J. Integr. Plant Biol. doi.org/10.1111/jipb.13673

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