Studie gibt Aufschluss über Biosynthese und Transport von Pollenhüllen-Vorläufern in Angiospermen

8. Juni 2023

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von Zhang Nannan, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Forscher unter der Leitung von Prof. Qi Xiaoquan vom Institut für Botanik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften haben systematisch nachgewiesen, dass die Biosynthese und der Transport der Pollenhülle komplexe Prozesse sind, die eine kompartimentierte Biosynthese, einen koordinierten Transport und eine präzise Regulierung zwischen Organellen und Zelltypen umfassen.

Die Rezension wurde online in Nature Plants veröffentlicht.

Zuvor fanden die Forscher heraus, dass ein Tapetum-spezifischer Triterpen-Stoffwechselweg die Bildung der Pollenhülle bei Poaceae reguliert und dass eine Mutation mit Funktionsverlust in OsOSC12, einem Schlüsselenzym für die Triterpen-Biosynthese, zu feuchtigkeitsempfindlicher genetischer männlicher Sterilität (HGMS) führt ).

Die Untersuchung des Mechanismus der Pollenhüllenbildung kann nicht nur die grundlegende wissenschaftliche Frage der Bildung wichtiger Fortpflanzungsorgane klären, sondern auch die genetischen und molekularen Mechanismen von HGMS und liefert wertvolle männlich-sterile Linien und eine theoretische Grundlage für die Nutzung von Ernteheterose.

In dieser Übersicht führten die Forscher einen detaillierten Vergleich der Morphologie, Zusammensetzung und Funktion der Pollenhülle bei Pflanzenarten mit unterschiedlichen Bestäubungsarten durch. Dabei stellten sie fest, dass die Morphologie und Zusammensetzung der Pollenhülle mit den Bestäubungsmodi verschiedener Pflanzenarten zusammenhängt klare Abstammungsspezifität. Proteine ​​und kleine Moleküle der Pollenhülle, einschließlich lang- und sehr langkettiger Fettsäuren und ihrer Derivate, sind wichtige Bestandteile der Pollenhülle.

Sie fassten die Gene und kodierenden Proteine ​​zusammen, die an der Biosynthese der Vorläufer der Pollenhülle beteiligt sind, und bestätigten, dass sie hauptsächlich am Metabolismus von Lipiden, Phenolen, Triterpenen und Sterolen im mittleren und späten Stadium der Staubbeutelentwicklung beteiligt sind. Unter ihnen variierte der Triterpen- und Sterolstoffwechsel stark zwischen den verschiedenen Arten, was auf eine mögliche Abstammungsspezifität hindeutet.

Sie verglichen die Prozesse des Tapetumabbaus mit der Pollenwandbildung zwischen Monokotyledonen und Dikotyledonen auf zellulärer Ebene, wobei sie besonderes Augenmerk auf die morphologischen Veränderungen zweier mit Öl angereicherter Organellen im späten Stadium der Staubbeutelentwicklung legten.

Sie diskutierten auch mehrere drängende wissenschaftliche Fragen. Was sind zum Beispiel die genauen Bestandteile der Pollenhülle? Wie werden die Vorläufer der Pollenhülle synthetisiert und transportiert? Und wie werden die Biosynthese und der Transport von Pollenhüllen-Vorläufern während einer anderen Entwicklung koordiniert reguliert? Diese Fragen werden mit verbesserten Methoden wie umfangreichem Pflanzengenom-Mining, Einzelzell- und räumlicher Multiomik sowie der Verfolgung von Pollenhüllenproteinen und Metaboliten beantwortet.

Abschließend wurde die Anwendung von Mutanten mit Pollenmanteldefekt mit HGMS bei der Nutzung von Nutzpflanzenheterosis diskutiert. HGMS-Linien könnten als männlich-sterile weibliche Eltern zur Produktion von Hybridsamen in trockenen Gebieten (wie Xinjiang, China) und zur Selbstbestäubung in feuchten und regnerischen Gebieten (Südchina) verwendet werden. Dies würde den geografischen Bereich der Zweilinien-Hybrid-Saatgutproduktion erweitern und die Pflanzenheterosis umfassend für die Pflanzenproduktion nutzen.

Mehr Informationen: Yuyuan Qiao et al., Biosynthese und Transport von Pollenhüllenvorläufern in Angiospermen, Nature Plants (2023). DOI: 10.1038/s41477-023-01413-0

Zeitschrifteninformationen:Naturpflanzen

Zur Verfügung gestellt von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften