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园艺中心关跃峰课题组在《PLOS Genetics》发表糖酵解研究新发现


海峡联合研究院   发布时间: 2018-05-10  信息员:  

糖酵解是生物有机体中普遍存在的葡萄糖降解代谢通路,是能量代谢的基础途径。而植物花粉管生长是典型的细胞极性延伸现象,通过精细的正负信号反馈维持胞质定向运输和微丝细胞骨架动态。花粉管极性生长是高度耗能的过程,因此科学界通常认为糖酵解等能量代谢途径在花粉管中主要是提供ATP,发挥管家 (housekeeping)功能以维系细胞生长。近日,海峡联合研究院FAFU-UCR园艺植物生物学及代谢组学研究中心关跃峰课题组在遗传学权威杂志《PLOS Genetics》(生物学I区,影响因子6.1)上在线发表题为Glycolysis regulates pollen tube polarity via Rho GTPase signaling”的研究论文。该研究报道了一个出乎意料的新发现——花粉管中的糖酵解途径可特异性调控花粉管Rho GTPase信号和细胞极性。

文章报道,拟南芥中一个胞质定位的糖酵解关键酶,磷酸甘油酸激酶(PGKc),其突变体的花粉萌发速度大大加快,但花粉管极性形态异常。该表型与“能量减少,生长变缓”的预期不符,却类似于花粉管ROP信号通路过度激活的表现。进一步的细胞学及遗传学证据表明,在pgkc突变体中,细胞极性关键调控蛋白ROP的负调控因子REN1在花粉管顶端定位缺失,导致ROP被过度激活,从而使得微丝和胞吐囊泡在花粉管顶端积累,细胞极性异常。PGKc对花粉极性的调控并不是通过对细胞总体能量代谢的影响,但依赖于其代谢催化活性。此外,特异性抑制另一个糖酵解关键酶GAPDH,也产生了类似的极性异常表型。因此,PGKc既不是通过其管家功能间接影响,也不是进化出了新的蛋白功能(moonlighting),而是通过糖酵解途径特异性调控细胞极性。本文章为理解糖代谢生物学功能及细胞极性调控提供了全新的研究思路。

福建农林大学关跃峰教授为本文通讯作者,中科院-福建农林大学联合培养博士陈伟为第一作者,福建农林大学杨贞标教授及中科院上海植物逆境生物学研究中心邢维满教授为合作作者。

(A-B)PGKc的突变导致REN1在花粉管顶端定位缺失,从而使活性ROP在顶端定位增强;C-E)pgkcren1-3突变体的双突变使花粉管显著去极性化,呈“气球状”。