The Plant Cell In a Nutshell: Designer for Pollen Wall Surface Pattern Formation

文：HuanJun Li, Yu-Jin Kim and Wanqi Liang, Shanghai Jiao Tong University

譯：Wei Hu, TPC Assistant Features Editor

The Plant Cell發表題為Grass-Specific EPAD1 Is Essential for Pollen Exine Patterning in Rice論文。該研究從水稻中鑑定並表徵了一個控制禾本植物特異的花粉壁圖案形成的新遺傳因子。

研究背景：作為開花植物的雄配子體，花粉被封閉在厚實且極具抗性的細胞壁內，以保護它在傳播和授粉期間不遭受環境脅迫。花粉壁由無特徵的內層纖維素壁和外層孢粉素壁（sporopollenin wall）（稱為花粉外壁，exine）組成；花粉外壁表現出高度多樣化但也具有物種特異性的表面圖案。在花粉發育過程中，花粉外壁成分（孢粉素前體）從周圍的母體組織（絨氈層，tapetum）合成並轉運而來，然後在嚴格的遺傳控制下在花粉表面組裝成精美雕塑。四分體小孢子表面出現的初生外壁層（primexine）是孢粉素沉積和聚合的模板。儘管花粉壁形成的過程在植物之間相似，我們對不同植物如何發育出其獨特的花粉外壁圖案仍瞭解甚少。但是，控制花粉外壁壁形成的已知遺傳因子也在開花植物中廣泛保守。到目前為止，還未發現在花粉外壁圖案形成中起作用的物種特異因子。尚不清楚是否需要生殖細胞因子來確定花粉外壁圖案。

核心問題：我們想知道是否需要物種特異的遺傳因子，以及小孢子本身如何參與，來確定花粉的外壁圖案。

研究發現：我們從水稻中鑑定到一個新的花粉外壁圖案形成因子，命名為EXINE PATTERNDESIGNER 1（EPAD1），它屬於禾本草類特異的脂質轉移蛋白（LTP）家族。缺失EPAD1時，水稻花粉的花粉外壁紋飾會發生改變，儘管孢子外壁物質可以從周圍的母體組織正常製造和轉運而來。花粉壁生成的異常是由初生外壁層的完整性遭到破壞所導致。EPAD1是在減數分裂過程中在花粉母細胞中產生，並在減數分裂後定位於小孢子的質膜上。EPAD1能夠結合一系列的磷脂。我們倡議，EPAD1自身和（或者）EPAD1結合的磷脂可能參與了募集和安排初生外壁層中的調控蛋白，這些調控蛋白進而驅動正確的花粉外壁材料沉積。

研究展望：我們正在研究其他禾本草類植物的EPAD1同源蛋白，以闡明這些蛋白是否也參與草類特異的花粉外壁圖案的形成。

論文連結：

https://doi.org/10.1105/tpc.20.00551