研究有花植物的有性生殖過程對(duì)于作物育種有著重要的作用。有花植物的受精過程起始于親和性的花粉粒落在柱頭，經(jīng)過吸附和水化過程后萌發(fā)長(zhǎng)出花粉管，隨后花粉管生長(zhǎng)穿過柱頭并進(jìn)入雌蕊的引導(dǎo)組織，最終被吸引進(jìn)入胚囊，完成雙受精。在這一過程中需要雌雄雙方之間大量的信號(hào)交流，而其中花粉管與柱頭細(xì)胞之間的信號(hào)是如何進(jìn)行交流的，到目前為止人們還知之甚少。

　　北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院瞿禮嘉教授課題組采用反向遺傳學(xué)的方法，發(fā)現(xiàn)VPS41在擬南芥花粉管與柱頭細(xì)胞之間的信號(hào)交流過程中發(fā)揮了重要作用。VPS41是一個(gè)液泡分選蛋白，是細(xì)胞的內(nèi)吞途徑中的重要成員，參與了把胞外信號(hào)分子及其他物質(zhì)從細(xì)胞膜上運(yùn)進(jìn)液泡或是其他亞細(xì)胞區(qū)間內(nèi)進(jìn)行降解這個(gè)生物學(xué)過程。在哺乳動(dòng)物中，缺失VPS41蛋白會(huì)導(dǎo)致胚胎死亡，或者由于重要的信號(hào)分子無法進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕到舛鴮?dǎo)致嚴(yán)重的發(fā)育疾病。瞿禮嘉教授課題組經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，如果VPS41蛋白功能缺失，擬南芥的花粉管在人工培養(yǎng)基上可以正常生長(zhǎng)，但是在擬南芥的柱頭上卻不能穿入柱頭生長(zhǎng)，從而使植株的育性幾乎降為零。他們進(jìn)一步通過細(xì)胞生物學(xué)觀察和生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在VPS41突變體花粉管中早期從膜上到晚期內(nèi)吞體的內(nèi)膜運(yùn)輸過程是正常的，但是幾個(gè)標(biāo)志性的蛋白質(zhì)從晚期內(nèi)吞體到液泡的內(nèi)膜運(yùn)輸過程均受到了嚴(yán)重影響，暗示在擬南芥花粉管中VPS41參與控制從晚期內(nèi)吞體到液泡的內(nèi)膜運(yùn)輸過程。該研究結(jié)果表明，在擬南芥的柱頭上很有可能存在某種信號(hào)分子負(fù)責(zé)雌-雄組織之間的識(shí)別，花粉管接受信號(hào)之后需要通過內(nèi)吞途徑把這種信號(hào)分子在液泡中降解；如果不能及時(shí)降解這個(gè)信號(hào)分子，其引發(fā)的信號(hào)途徑就會(huì)出現(xiàn)混亂，從而影響花粉管的生長(zhǎng)，使其無法穿入柱頭。瞿禮嘉教授課題組的研究首次揭示了VPS41介導(dǎo)的晚期內(nèi)吞途徑對(duì)于植物的有性生殖過程、特別是雌-雄相互作用具有非常重要的作用，也為未來最終鑒定出控制花粉管-柱頭相互作用的信號(hào)分子奠定了基礎(chǔ)。

缺失VPS41嚴(yán)重破壞了花粉管中的晚期內(nèi)吞途徑

　　該工作于2016年5月16日以"AtVPS41-mediated endocytic pathway is essential for pollen tube-stigma interaction in Arabidopsis" 為題在線發(fā)表于《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。生命科學(xué)學(xué)院博士研究生郝麗宏、副研究員劉敬婧（已故）和博士研究生鐘聲為該論文的共同第一作者，瞿禮嘉為該論文的通訊作者。該項(xiàng)研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）、蛋白質(zhì)與植物基因研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的資助。