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揭示拟南芥花粉表面黄酮苷的积累特异依赖于 F NPF 型转运蛋白
日期:2020-04-10 作者:未知 来源: Plant Biotechnology Journal 点击:
     被子植物的雄配子体需要花粉壁的保护。花粉壁通常分为两层,即外壁和内壁。内壁的成分主要是果胶纤维素,抗性较差,经酸碱处理则分解;而外壁主要成分是孢粉素,抗腐蚀及抗酸碱性能强,所以研究花粉形态,主要依据外壁的结构。孢粉素的构成主要包括花粉特异性的羟基肉桂酸酰胺(HCAAs)和黄酮苷等代谢物的复杂混合物。虽然 HCAAs 和黄酮苷形成的生物合成途径已有研究报道,但是尚不清楚这些化合物如何转运至花粉表面。
    2020年3月10日,The Plant Cell 在线发表了德国莱布尼茨植物生物化学研究所 Thomas Vogt 团队题为“The Tapetal Major Facilitator NPF2.8 isRequired for Accumulation of Flavonol Glycosides on the Pollen Surfacein Arabidopsis thaliana”的论文,该研究对多种候选转运体进行测试,发现NPF 型转运蛋白家族中一个绒毡层特异性的成员 FST1,决定着花粉表面黄酮苷的积累。
    AtNPF2.8 是 NTR/PTR nitrate/peptide 转运蛋白家族的成员。黄酮 3-O-槐糖苷是花粉壁的成分之一,其特征在于通过β - 1, 2 - 糖苷键结合到拟南芥的花粉表面。对黄酮苷转运蛋白(命名为 AtFST1)融合绿色荧光蛋白(GFP)标签的瞬时表达实验表明,AtFST1 定位于本氏烟草叶片表皮细胞的质膜内。然后,通过 FST1 启动子驱动的 GFP reporter lines,证实了 FST1 在绒毡层的特异性表达。借助微生物摄取测定实验,利用 14C-labeled 黄酮苷,分析了体外条件下FST1 的活性。最后,在 fst1 插入突变体中,转入正常的 FST1 基因,可以恢复花粉粒中黄酮苷含量至野生型水平,证实了 FST1 蛋白是花粉特异性黄酮 3-O-槐糖苷从绒毡层转运到花粉表面所必需的。
    在本研究中,作者还检测了其他候选的转运蛋白,如花药特异性 ABC 转运蛋白和 MATE 外排载体,结果表明,这两种转运蛋白对拟南芥花粉中黄酮苷的积累没有任何影响。同时,在 fst1 插入突变体中,黄酮醇槐糖苷的积累急剧减少,但花粉壁中其他物质,如 HCAAs 或其他疏水性脂类化合物的含量均不受影响,而且突变体的绒毡层和花粉粒的显微结构并无变化,对花粉的萌发和活力也无显著影响,表明了 FST1 蛋白功能的特异性。本研究加深了我们对被子植物生殖组织中类黄酮转运蛋白 FST1 的进化和多样化的认识。
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