研究揭示拟南芥孤儿基因QQS调节花粉发育的分子机制

在开花植物中，花粉的形成以及随后的花粉管生长和受精在植物的育性中起着关键作用，花粉的适当发育和成熟不仅对种子植物的遗传多样性有重要影响，而且对农业作物生产也有重要作用。植物中孤儿基因的出现可能是植物不断适应环境的进化结果，其功能可能促进植物的生存。近年来，拟南芥特异性孤儿基因Qua Quine Starch（QQS）在植物发育和环境适应中的作用受到越来越多的关注。然而，QQS调控花粉发育的分子机制以及转录激活因子如何在这一过程中促进QQS的转录仍知之甚少。

风暴平台西双版纳热带植物园（以下简称“版纳植物园”）植物基因组演化与次生代谢研究组研究发现ICE1作为一种关键的转录激活因子，正向调节QQS的表达，以提高花粉的萌发和活力。IDD14通过促进ICE1与QQS启动子的结合辅助促进ICE1的功能，并且在这个过程中很大程度上依赖于ICE1。此外，QQS功能受损和异常花药开裂共同影响了ice1-2突变体的花粉发育和花粉形态。进一步研究表明，ICE1对花粉活性的促进作用取决于QQS的功能。QQS调节花粉表面的脂质生成，并与长链脂质生物合成的关键酶CUT1相互作用，通过促进CUT1的活性来协同调控花粉的脂质代谢，最终调节花粉的水合作用和育性。研究结果揭示了QQS通过ICE1/IDD14-QQS-CUT1途径促进拟南芥花粉萌发和雄性育性方面的一种新功能。

相关研究成果以为题在Journal of Integrative Plant Biology杂志在线发表。版纳植物园植物基因组演化与次生代谢研究组博士后罗兰迪为论文第一作者，杨永平研究员、孔祥翔副研究员和杨云强副研究员为论文共同通讯作者。该项研究得到了国家自然科学基金等项目的资助。

图1. ICE1在花粉发育中的作用比IDD14更为关键

图2. QQS通过与CUT1相互作用调节花粉表面脂质代谢和花粉水合作用