近日，我校果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室、湖北洪山实验室王鹏蔚教授课题组在选择性自噬调控十字花科植物自交不亲和反应方面取得进展，在Cell Reports 上发表题为“Exo84c-regulated degradation is involved in the normal self-incompatible response in Brassicaceae”的研究论文。
自交不亲和性是植物防止自交衰退、维持物种遗传多样性的重要授粉机制，被广泛应用于杂种优势利用。已知的十字花科植物自交不亲和反应依赖于SCR-SRK-ARC1所介导的泛素化降解途径：下游亲和因子（例如胞吐复合体成员Exo70A1等）在不亲和授粉后快速降解而无法分泌到胞外，达到抑制植物自交的目的。虽然自噬所调控的降解途径也参与自交不亲和反应，但其降解底物的选择性机制还不清楚。本研究发现，开花植物所特有的胞吐复合体成员Exo84c的表达量在不亲和反应中特异上调， 而在油菜和自交不亲和型拟南芥中（SI-Col-0）敲除Exo84c基因，都能部分打破自交不亲和反应，说明其在此过程中扮演重要角色。利用活细胞成像技术发现，亲和授粉后胞吐复合体与分泌囊泡向花粉-柱头接触部位富集，但此过程在不亲和授粉中受到抑制。在exo84c突变体中，仍能够观察到胞吐复合体在不亲和授粉后向花粉-柱头接触部位富集，可能是Exo84c的功能缺失抑制了胞吐复合降解，使分泌囊泡可以缓慢积累并最终分泌，促进花粉水合与萌发。此过程可能独立于已知的十字花科自交不亲和反应的通路，并与SCR-SRK-ARC1所介导的泛素化降解途径协同作用，共同保障十字花科植物早期生殖过程有序进行。本研究不仅首次揭示了自交不亲和反应中的选择性自噬降解底物，也为研究植物生殖发育的细胞学机制提供了新的视角。
自交不亲和型拟南芥授粉后不同时间点的显微观察（IP, 不亲和授粉；CP，亲和授粉）
王鹏蔚教授为本文的通讯作者，华中农业大学园艺林学学院已出站博士后张彤（现山东农业大学教授）、华中农业大学生命科学技术学院博士研究生王昆为本文的共同第一作者；林宗成教授、Patrick J. Hussey教授参与指导相关研究。
【英文摘要】
The self-incompatibility system evolves in angiosperms to promote cross-pollination by rejecting self-pollination. Here, we show the involvement of Exo84c in the SI response of both Brassica napus and Arabidopsis. The expression of Exo84c is specifically elevated in stigma during the SI response. Knocking out Exo84c in B. napus and SI Arabidopsis partially breaks down the SI response. The SI response inhibits both the protein secretion in papillae and the recruitment of the exocyst complex to the pollen-pistil contact sites. Interestingly, these processes can be partially restored in exo84c SI Arabidopsis. After incompatible pollination, the turnover of the exocyst-labeled compartment is enhanced in papillae. However, this process is perturbed in exo84c SI Arabidopsis. Taken together, our results suggest that Exo84c regulates the exocyst complex vacuolar degradation during the SI response. This process is likely independent of the known SI pathway in Brassicaceae to secure the SI response.
