文献阅读-乙烯前体ACC信号作用于花粉管吸引过程

植物激素乙烯在植物的生长发育发挥作用,但是目前用于乙烯处理的主要是由ACS合成酶合成的乙烯前体ACC处理,这篇文章发现ACC能够不依赖乙烯信号在生殖过程中起作用。

在先前的研究过程在acs六突的背景下沉默掉ACS8 ACS11 拿到了acs8突,出现了乙烯信号不敏感的表型,除此之外,还出现种子结实率下降的表型,那么ACS会在植物的生殖里面起作用吗?首先他们观察了acs突变体以及乙烯信号转导途径ein2etr1突变体,发现acs8突育性下降,并且仔细观察其含有未受精的胚珠。暗示着受精缺陷是发生受精之前。如果外源共表达ACS8/11并且含有非RNAi靶标的点突的话,可以看到能部分恢复的表型,暗示这表型的确是由于缺失ACS8/11造成的。

acs表型
ACS8/11回补

通过正反交发现,育性下降主要是雌方的原因。进一步利用半合子的材料,正反交发现后代雌雄双方均为1:1,但是F1代雌方做母本的材料后代减少,说明造成的原因是雌方的孢子体引起的。

正反交
正反交

进一步探究引起缺陷的原因,LAT52:GUS做父本进行杂交,野生型母本能够正常导向,但是acs8突导向异常,苯胺蓝染色也是同样的结果,暗示着acs影响了花粉管导向的问题。进一步为了说明这个结果,进行半体外花粉管导向,可以发现花粉管导向acs8突的胚珠更加少,但是如果施加ACC的话,导向突变体的比例恢复正常,但是乙烯的话则是不能恢复,说明ACC的确是影响了花粉管导向的过程,并且ACC可能作为一个吸引物质,而非乙烯。

GUS或者苯胺蓝染色
半体外花粉管导向

在此之前AtLURE1s已经被证明能够作为花粉管的吸引物质,作者想查看ACS与AtLURE1关系,首先发现在acs突变体中,AtLURE1的转录水平未发生明显变化,但是蛋白定位在丝状器的比例大大减少,基本主要在助细胞中检测到,并且外源施加ACS能够恢复AtLURE1.2-GFP的正常定位。并且在ein2突变体背景下+ACC也能恢复AtLURE1.2的分泌,说明ACS影响了AtLURE1s助细胞到丝状器的分泌,且此过程不依赖于乙烯信号途径。

AtLURE1s 和 ACS
AtLURE1s 和 ACS

并且ACS8主要在胚珠的孢子体组织中,这与前面的正反交结果相一致。

proACS8:GUS

在先前的研究中,发现ACC能够作为GLR的激动剂,于是他们利用野生型和glr3.1 glr3.2 glr3.3 glr3.6 四突材料的根表皮做原生质体做膜片钳,发现相比于野生型外源施加ACC引起的电流激活,glr四突中几乎没有。而glr3.1 glr3.2双突变体对ACC仍有应答,而glr3.3glr3.6单、双突变体对ACC无应答,说明主要是GLR3.3和GLR3.6参与对ACC的响应。由于被子植物中的GLR含有20多个,因此筛选配体不是很方便,于是作者挑选了在苔藓中仅有一个的PpGLR1,外源转入卵细胞细胞,发现ACC能够强烈的激活下游Ca的响应。

ACC在原生质体和卵母细胞作用于GLR

那么ACC是否能够诱导胚珠中钙离子的增加呢?于是作者在ein2-5突变体中表达了钙离子的sensor GCaMP3,可以看到外源施加ACC能够诱导钙的spike产生,这种信号主要产生在孢子体区域,然后蔓延到开来。并且外源施加GLR抑制剂能够抑制电流的活性。有趣的是,如果在acs8突背景下加Ca离子诱导剂能够A23187恢复AtLURE1.2-GFP停在助细胞的表型。因此Ca离子是ACC和AtLURE1s的中间信号。

ACC刺激胚珠中cnqx依赖性Ca2+的升高

综上这篇文章发现了ACC区别于乙烯信号的新功能,其能够直接作用GLR,引发Ca离子的振荡,随后影响到AtLURE1s的分泌过程,从而影响花粉管的导向。但是目前ACC是如何从孢子体组织影响到配子体组织还不清楚,有可能是形成电势梯度。

文章中好几处地方是值得我去学习的,例如AtLURE1.2-GFP的观察相当仔细,并且在ACC诱导胚珠钙spike的时候用了ein2-5的突变体,这样避免了乙烯信号转导的影响。不过对于ACC是否影响了其他花粉管的吸引物质例如XIUQIUs,TICKETs仍拭目以待。

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