水稻花粉孔隙（pollen aperture）的形成機制

 

各種花粉（顏色是人工著色的）。圖片來源：維基百科

你知道植物的花粉表面有小孔嗎？這些孔隙對植物能不能成功受精很重要，因為當花粉落到雌蕊的柱頭上的時候，接下來花粉管就要從這些孔隙中長出來。所以，如果花粉上面沒有這些小孔，花粉就會長不出來，當然也就不可能受精、也就沒有種子與果實啦！

水稻的花粉孔隙是由一個環狀結構（annulus）與一個蓋狀結構（operculum）所構成。其中最重要的步驟則是形成孔隙質膜突起（APMP，aperture plasma membrane protrusion）。

最近的研究發現，水稻有三個基因對花粉表面的孔隙形成非常重要。這三個基因是OsSRF8、OsINP1與OsDAF1。研究團隊讓這些基因發生突變來觀察少了它們會對水稻造成什麼樣的影響；另外，他們也使用如酵母雙雜交、雙分子螢光互補、免疫共沉澱等技術，來觀察這三個基因之間的互動。

他們發現，缺少OsSRF8的水稻，會出現APMP與花粉孔隙形成的缺陷，導致雄性不育；而缺少OsINP1也會造成花粉表面缺少孔隙；另外，OsDAF1對於花粉孔隙的環狀結構的形成非常重要。

透過實驗，研究團隊發現OsSRF8在早期花藥發育階段就開始表現，在四分體階段被OsINP1招募到預定形成孔隙的區域，促進APMP的形成。而OsINP1與OsDAF1則在小孢子母細胞中就有出現，到了四分體晚期階段也開始聚集到預定形成孔隙的區域。

在OsINP1把OsSRF8招募到預定形成孔隙的區域之後，這兩個蛋白質會形成複合體，然後把OsDAF1也招募到APMP區域，造成環狀結構可以形成。由於Ossrf8/Osinp1和Ossrf8/Osdaf1雙突變株的性狀與單突變株一樣，這也進一步確認這些基因是在相同的遺傳路徑中發揮功能。

透過對這三個基因的研究，我們對於水稻花粉孔隙的形成有了更深入的了解，這也可以應用在其他穀類作物上。

參考文獻：

Chen, K., Wang, Q., Yu, X. et al. OsSRF8 interacts with OsINP1 and OsDAF1 to regulate pollen aperture formation in rice. Nat Commun 15, 4512 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-48813-0