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烟草细胞壁DUF642蛋白在授粉受精中的功能及作用机制研究

批准号:
32060043
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
35.0 万元
负责人:
陈穗云
依托单位:
学科分类:
植物生殖与发育
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈穗云

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
授粉受精是植物繁衍的重要环节,花粉管生长受自身和雌蕊细胞壁特性的高度调节。DUF642蛋白可能通过增强PME活性或结合多糖调节细胞壁特性,但其在授粉受精中的功能及作用机制不清楚,其N端结构域功能也未知。我们研究发现,定位于细胞壁的烟草DUF642成员XP 177在授粉亲和性不同的雌蕊中表达差异显著,其在雌蕊的花粉管生长通道中、花粉管顶端及花粉发育成熟期表达;其同源基因XP 117仅在雌蕊表达,推测它们功能相关但存在差异,在花粉发育,花粉管生长和授粉过程中发挥功能。免疫共沉淀表明,XP 177和PGIP互作。本项目拟构建突变体鉴定XP 177和XP 117在授粉受精中的功能及其作用机制;验证XP 177与细胞壁多糖、PME及PGIP的互作,探明其N端结构域的功能,解析其结构与细胞壁特性调节功能的关系。本项目的实施将增进对花粉-雌蕊互作调控机制的认识,对植物繁衍和育种有重要意义。
英文摘要
Pollination and fertilization are the key steps in plant reproduction. The growth of pollen tube is highly regulated by the cell wall characteristics of itself and the pistil. The DUF642 protein may regulate the cell wall characteristics through pectin methylesterase (PME) or binding to the cell wall polysaccharides, but its function and the regulatory mechanism in pollination and fertilization are unclear, and the function of its N-terminal DUF642 domain is unknown. Our previous work has shown that the cell wall XP 177 protein,a member of DUF642 family in Nicotiana tabacum, was differentially expressed between self-compatible and cross-incompatible pistils, and was expressed in the pollen tube growth path of the pistil, and at the tip of growing pollen tubes and in the maturing pollen grains. XP 117, the homologous DUF 642 member of XP 177, was only expressed in the pistil, indicating that their functions are related but different. Co-IP analysis showed that XP 177 may interact with the polygalacturonase inhibitor (PGIP). This project is intended to explore the function and regulatory mechanisms of XP 177 in pollination and fertilization. Furthermore, we will verify whether XP 177 binds to the cell wall polysaccharides, or interacts with PME and PGIP, study the function of the N-terminal DUF642 domain of XP 177 protein, in order to know about how the structure of XP 177 was related to its function in regulating cell wall characteristics. This project will improve our understanding on the regulatory mechanisms of pollen-pistil interaction, which is of great significance to plant reproduction and breeding.
授粉受精是植物繁衍的重要环节,花粉管生长受自身和雌蕊细胞壁特性的高度调节。DUF6. 42是细胞壁中的一大类未知功能蛋白,但其在授粉受精中的功能及作用机制不清楚,其参与细胞壁特性调节的机制也未知。本项目以烟草DUF642蛋白(XP 177/XP 117)为材料,构建XP 177/ XP 117突变体,鉴其在授粉受精中的功能及其作用机制。突变体构建和表型观察表明,XP177是调控花粉萌发,花粉管伸长,果实重量的主效基因。xp177/xp117突变导致花粉萌发率降低,花粉管生长速率变慢,雌蕊支持花粉管通过的速率也变慢,表明DUF642在花粉和雌蕊中都发挥功能。此外,基于前期推测DUF642可能与PME和PGIP互作,我们验证表明XP177不通过与二者互作调控细胞壁特性。进一步筛选可能与XP177互作的细胞壁蛋白,酵母双杂,split-LUC及生物膜干涉验证表明,XP177与PME的抑制蛋白PMEI互作。且XP177与PMEI的互作减弱了PMEI与PME互作的强度, AlphaFold分子对接结果表明,PMEI的α3螺旋上3个氨基酸,即与PME,又与XPI77结合,因此,XP177是PMEI对PME的竞争性结合抑制剂。这与敲除XP177后,PME活性降低,而过表达XP177后,PME活性增加,及其他文献报道过表达DUF642蛋白PME活性增加的结果吻合。此外,前期推测DUF642的N端结构域可能是与其他细胞壁蛋白互作,我们的片段缺失互作验证及分子对接结果表明,XP177是通过C端结构域与PMEI互作,而N端DUF 642 domain不是与其他细胞壁蛋白互作的区域。我们检测了敲除xp177;xp117后,花粉管果胶含量和细胞壁机械特性变化,结果表明,突变体花粉管甲酯化和去甲酯化果胶含量和分布发生显著变化,这种变化导致花粉管丧失“前软后硬”的物理特性,这可能是花粉管生长速率降低的主要机制。综上,本项目明确了DUF642家族蛋白在花粉和雌蕊中发挥重要功能,解析了XP177通过与果胶甲酯酶抑制蛋白PME互作调控PME活性和果胶修饰,进而影响花粉管细胞壁机械特性,调控授粉受精过程。项目的实施对了解植物细胞壁果胶修饰和机械特性,植物有性生殖过程具有重要意义。
栽培烟草与花烟草杂交不亲和性变化及花粉管突破花柱阻碍机制的研究
  • 批准号:
    31560419
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    40.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    陈穗云
  • 依托单位:
利用动物模型开展植物抗紫外线细胞克隆提取物的抗紫外线研究
  • 批准号:
    30760089
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    18.0万元
  • 批准年份:
    2007
  • 负责人:
    陈穗云
  • 依托单位:
国内基金
海外基金