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細(xì)胞間通訊對于動(dòng)物不同細(xì)胞類型和組織的生長、發(fā)育、繁殖以及環(huán)境適應(yīng)性至關(guān)重要。在植物中，分泌型小肽是介導(dǎo)這種細(xì)胞間通訊的主要信號，但目前只對少數(shù)小肽及其受體進(jìn)行了功能及信號傳導(dǎo)機(jī)制研究。胞外小肽CLE19作為胞間信號分子廣泛參與了擬南芥花粉發(fā)育、胚胎發(fā)育、根分生組織維持等發(fā)育過程，但其跨膜信號傳導(dǎo)機(jī)制一直不清楚。

花粉作為被子植物的雄配子體，對植物有性生殖至關(guān)重要。正常的花粉發(fā)育受到環(huán)境和自身信號的雙重調(diào)控。絨氈層是花藥壁緊挨小孢子的一層體細(xì)胞，為小孢子提供必要的花粉壁前體物質(zhì)，對維持正?；ǚ塾灾陵P(guān)重要。長期以來的觀點(diǎn)一直認(rèn)為絨氈層和小孢子之間存在著除營養(yǎng)輸出以外的其它信號交流，但一直未能揭示介導(dǎo)該細(xì)胞信號交流的胞間信號和膜受體。常芳課題組長期關(guān)注植物生殖與環(huán)境適應(yīng)性機(jī)制，其團(tuán)隊(duì)前期發(fā)現(xiàn)，絨氈層門控轉(zhuǎn)錄因子DYT1與其下游bHLH轉(zhuǎn)錄因子通過“前饋”和“正反饋”環(huán)路精準(zhǔn)迅速放大絨氈層與花粉壁前提物質(zhì)合成途徑相關(guān)的轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)，而小孢子表達(dá)的CLE19及同源多肽則作“剎車”信號，通過未知的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)來抑制該絨氈層轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)，從而將花粉壁發(fā)育維持在正常狀態(tài)。

在此基礎(chǔ)上，最新發(fā)表的這篇研究闡明了CLE19直接與PXL1的胞外LRR結(jié)構(gòu)域相互作用，誘導(dǎo)PXL1磷酸化；并促進(jìn)PXL1與SERKs共受體的相互作用及交互磷酸化，從而順利將細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)化為胞內(nèi)信號，最終保障花粉正常發(fā)育。本研究找到了CLE19信號長期以來未知的受體，闡明了PXL1受體接收CLE19小肽信號的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)域和核心氨基酸位點(diǎn)，同時(shí)為配子體協(xié)調(diào)其外界孢子體組織進(jìn)行發(fā)育的分子機(jī)制提供了新思路。此外，該研究還表明了植物同一LRR受體激酶可以在不同組織中作為不同胞外小肽信號的受體，從而調(diào)控多個(gè)生理過程。

圖1. PXL1識別CLE19小肽調(diào)控花粉發(fā)育

圖2. SERKs作為PXL1共受體識別CLE19小肽調(diào)控花粉發(fā)育

復(fù)旦大學(xué)常芳教授團(tuán)隊(duì)的余英博士（現(xiàn)復(fù)旦大學(xué)博士后）、清華大學(xué)柴繼杰團(tuán)隊(duì)的宋文博士（現(xiàn)中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授）和翟諾博士研究生為論文的共同第一作者，復(fù)旦大學(xué)常芳教授為通訊作者，復(fù)旦大學(xué)為第一單位。清華大學(xué)柴繼杰教授和美國賓州州立大學(xué)馬紅教授參與了該研究。上述研究工作得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、以及復(fù)旦大學(xué)“卓越2025”卓識計(jì)劃的支持。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-39074-4.