北京师范大学Nature Plants: 生命科学学院张毅团队发现驱动蛋白在植物雄性生殖单位形成与运输中的关键作用
文章导读
你是否好奇植物“生育”的秘密？在开花植物中，精细胞如何精准送达“目的地”完成双受精？北京师范大学张毅团队在《自然·植物》发表突破性成果，揭秘驱动蛋白HUG1和HUG2的关键作用：它们像“分子搬运工”，确保雄性生殖单位的完整形成与运输。一旦这些蛋白失活，精细胞便会“迷路”，导致严重不育。这项研究首次揭示了植物生殖单元动态调控的分子机制，为理解植物有性生殖提供了全新视角。
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8月4日，北京师范大学生命科学学院张毅课题组在Nature Plants杂志在线发表了题为“Kinesin proteins HUG1 and HUG2 are essential for the formation and transportation of male germ units in Arabidopsis pollen tubes”的研究论文。该研究揭示了驱动蛋白HUG1和HUG2在雄性生殖单位形成与运输中的关键作用，为揭示植物精细胞和营养核的运动模式和调控机制提供了新的见解。
开花植物的有性生殖依赖于双受精作用，即两个精细胞同时被运输至胚囊，其中一个精细胞与卵细胞融合形成胚，另一个精细胞与中央细胞融合发育为胚乳。与动物精子不同，开花植物的两个精细胞在进化过程中均失去鞭毛结构，不能进行独立运动，需要借助花粉管的极性生长及其在花粉管中的长距离运输才能到达胚囊。在运输过程中，两个精细胞紧密连接，并且其中一个精细胞与花粉的细胞核（营养核）相连，三者以一个整体单元的形式向前迁移。这种精细胞与营养核相连的结构在20世纪80年代被命名为“雄性生殖单位”，是大多数开花植物的共同特征。然而目前关于雄性生殖单位形成和运输的机制尚不清楚。
研究团队在之前的一项工作中发现微管系统对雄性生殖单位在花粉管中的正常迁移至关重要（Wang et al., Nature Communications, 2024）。团队进一步对花粉中高表达或特异性表达的微管马达蛋白开展了亚细胞定位筛选和观察，发现两个功能未知的驱动蛋白（HUG1和HUG2）定位于营养核核膜和生殖细胞周膜外，包裹整个雄性生殖单位；遗传学结果表明HUG蛋白功能缺失导致花粉管中精细胞与营养核之间失去联系、精细胞运输障碍和严重的雄性不育。这些研究结果揭示了HUG蛋白在花粉管雄性生殖单位运输和植物育性中的关键作用。进一步利用生化手段和遗传学手段揭示了HUG蛋白在营养核膜的定位依赖于其与核膜LINC复合体关键组分WIT/WIP蛋白的相互作用，而其围绕精细胞的定位则通过其它不同机制实现。
生命科学学院教授张毅为该论文通讯作者，已毕业博士生阎宇（现任中国农业科学院生物技术研究所助理研究员）、博士后戴刘凤和博士生王宝洁为论文的共同第一作者。北京师范大学教授任海云、中国科学院植物研究所徐波课题组和多伦多大学Heather E. McFarlane课题组为研究作出了重要贡献。该研究得到国家自然科学基金和中央高校基本科研专项资金等的资助。
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