文献阅读-FER调控单花粉管受精的机制

今天阅读的文献是一片今年发表较早的《Nature》，《FERONIA controls pectin- and nitric oxidemediated male–female interaction》，通讯作者是美国马萨诸塞州立大学阿默斯特分校教授Alice Y. Cheung。

在先前的研究过程中已经发现FER能够与LRE以及ANJ和HERK1组成复合体来调控花粉管的接收过程。在fer的突变体当中，约有80%的花粉管会产生overgrowth的表型，但是植物会存在受精补偿的现象，那么FER究竟在第一根花粉管进入后的功能会如何转变呢？

为了探究FER究竟如何来调控多根花粉管进入呢？他们首先观察了fer作为雌方与WT授粉，发现在5h之后就能够出现多根花粉管进入表型，但是一般的受精补偿效应一般在第7-8h出现，暗示着FER可以作为一个抑制因子来调控受精补偿作用。

FER介导的去酯化果胶的存在是防止多余花粉管进入胚珠的基础

那么FER是如何调控受精补偿的呢？在先前的研究中发现FER可以与果胶相互作用，作者利用Ruthenium red (demethylesterified pectin）以及 the antibodies JIM5 and M38 (which recognize partially and fully de-esterified pectins)，发现在fer突变体中去甲酯化的果胶明显变少。在植物中，果胶常常以甲酯化的形式分泌出去，然后被定位于细胞壁上的去甲酯化酶所调控。这种修饰常常暴露出与二价阳离子如Ca离子所相互作用，使细胞壁硬化。拟南芥中含有66个甲酯化酶和69个去甲酯化酶，为了进一步理解果胶在这个过程中发挥的作用，他们挑选了两个特异在胚珠的表达的PME34/44以及过表达PMEI1，这些植物看起来比较正常，但是丝状器的去甲酯化的果胶下降，并且多根花粉进入的表型大大增加，因此FER所调控的去甲酯化的果胶来防止多根花粉管进入的表型。

那么到底还有可能位于FER下游来调控多根花粉管进入的表型呢？在先前的研究中，发现FER所调控ROS累积对于花粉管的接收非常重要，那么这些ROS以及NO是否对防止多花粉管进入有贡献呢？通过对NO的染色发现，NO特异性在受精后的丝状器定位，并且这种NO的定位是依赖于FER的，在fer的突变体中就检测不到了。在NO缺少突变体nia1 nia2 和 noa1 中，同样也出现了NO缺失以及多根花粉管进入的表型。暗示着NO也是调控多根花粉管进入的抑制因子。

受精诱导NO在丝状器定位

到目前为止，他们的观察结果表明，两种FER依赖性的条件，一个是去甲酯化果胶在丝状器上的积累，另一个是授粉后花粉管的到达引起的NO在丝状器上的积累，均参与了防止“多精受精”的过程，那么它们之间是否在功能上有所联系？通过JIM5 和 M38来检测WT和fer突变体用雌蕊提取物刺激下的去甲酯化果胶的含量，发现在正常受精后应该累积的去甲酯化果胶在fer突变体中不敏感，同样利用雌蕊提取物也能够刺激NO增加，同样也在fer的突变体中不敏感。另外一个商业化去甲酯化果胶polygalacturonic acid (PGA)也能够促进NO的累积，因此去甲酯化的果胶可能位于NO作用的上游。

雌蕊提取物以及PGA能使得FER依赖的NO量增加

那么NO是如何防止多根花粉管进入的呢？他们猜测是不是影响了一些吸引物质呢？因为NO本身就是可以修饰其他物质的信号，于是他们检测了AtLURE1，发现未受精前，Atlure1主要在丝状器上定位，受精之后，停留在助细胞中，使用S-nitrosoglutathione (GSNO) 或是 sodium nitroprusside (SNP)生成NO以及PGA，发现也能够是ATLURE1停留在助细胞中，此外如果使用加入GSNO，可以抑制AtLURE1与PRK6的结合。通过质谱发现，Cys84会受到亚硝基化修饰。此外LURE1信号肽中的Cys17也是GSNO亚硝基化的预期目标，当把第17号半胱氨酸被替换成丙氨酸并在拟南芥中表达时，LURE1（C17A）–GFP甚至在授粉前就位于助细胞细胞质中。因此NO一方面可以影响AtLURE1定位以及受体的相互作用来确保单花粉管受精。

NO 影响LURE1的定位以及功能来影响花粉管吸引 

综上所述，本篇文章发现去甲酯化果胶-FER-NO-AtLURE1来确保花粉管的单次受精。