文献阅读-花粉管生长与营养核与精细胞核的关系

大家好，近期阅读的文献是近日发表在《nature communication》上得《Persistent directional growth capability in Arabidopsis thaliana pollen tubes after nuclear elimination from the apex》一文，通讯作者是横滨市立大学木原生物研究所的Daisuke Maruyama教授。

胼胝质的正常累积对于例如花粉管生长在内的许多生物学问题均非常重要，但是目前对于精细胞的细胞壁组分仍不清晰，为了验证细胞壁组分对于精细胞功能的重要性，这里他们异位表达了pHTR10:cals3m(精细胞,胼胝质积累)，发现精细胞上会存在异常的胼胝质积累，且因此会造成雄方育性下降。

Partial male sterility induced by callose accumulation in spermcells

为了进一步了解胼胝质累积造成的雄方育性缺陷，作者引入雄方核的marker :pRPS5A:HISTONE 2B-tdTomato (RHT)。

1.观察花粉的形成时并未发现明显缺陷

2.以HAP2为例也没有观察到蛋白翻译或是定位异常。

3.影响了包裹两个精细胞的细胞膜（壁）组分。引入pACA3:Lyn24-mNeonGreen（ACA3营养细胞启动子，Lyn24包含棕榈酰化和豆蔻酰化位点，即营养细胞膜的marker），发现如果在胼胝质积累的材料中观察到荧光的比例大大降低，暗示了胼胝质积累影响了精细胞的外部组分的环境。

Callose accumulation causes severe defect in sperm cell migration

那么这种胼胝质积累的精细胞在受精过程中的行为模式如何呢？有趣的是观察到精细胞在体外萌发过程中居然停留在花粉的基部，通过半体外实验发现几乎全是这种花粉管内只有营养核或是营养核与精细胞物理距离非常大的表型，暗示胼胝质积累可能影响了精细胞与营养细胞的物理连接。

Aberrant apical transport of the callose-accumulating sperm cells

那么这样类型的花粉管会不会被正确接收呢？通过Congo red staining发现在16h花粉管的接收似乎并无异常，但是常常会观察到胚囊内并未存在宿存的精细胞却存在营养细胞，因此胼胝质的累积的确是影响了精细胞的迁移。

Analysis of pollen-tube behavior in wild-type pistils

为了进一步探究精细胞与营养细胞的关系，体外花粉管萌发6h后，WT花粉管内96–100%营养细胞在前，但是在胼胝质积累的突变体中却发现约68–79%的精细胞停留在基部，但是营养核的迁移并无异常。所以胼胝质的累积会对精细胞迁移造成影响。在先前的研究过程中，wit1/2 突变体花粉管会频发出现精细胞领先于营养细胞的表型，并且会有7%-23%的比例出现营养停留在花粉基部的表型。在三核（营养细胞和精细胞）均驻留在基部的花粉管中，并且位于第一个胼胝质栓之后，在一般野生型中花粉管生长到50μm会生成胼胝质栓，通过比较WT和突变体花粉管内胼胝质栓形成的数量，发现在并无影响，因此胼胝质栓的形成与三核无关。那么胼胝质栓的功能是什么呢？通过对营养细胞的marker蛋白进行光漂白，发现在胼胝质栓形成后基部荧光不在发生改变，因此胼胝质栓可能参与了物质由基部向顶部的转运。因此很大可能会影响蛋白的转运调控。

Genetic dissections of vegetative nucleus transport and sperm cell transport

Cytoplasm isolation after the first callose-plug formation

有趣的是在花粉管伸长过程中，突变体和野生型并无明显差距。猜测胼胝质栓的形成对营养核的转录作用于功能影响较小。

1，检测蛋白水平

pLAT52:mTurquoise2(花粉)  pPRK6:PRK6-mRUBY2(花粉管)，并无明显差异。

2.由于PRK6正常，检测导向能力，发现也并无明显差异。

因此作者认为在缺失三核以后，花粉管也能正常导向。

Detection of vegetative cell-specific reporter proteins in anuclear apical region

一些疑问：

1.精细胞的胼胝质积累会造成迁移的表型，why？

2.能否回答精细胞是否存在细胞壁？

3.没有直接证据证明胼胝质栓形成后降低了转录，并且PRK6等蛋白以及预装上了花粉管，导向无碍也正常。