花粉萌发和花粉管生长是植物进行有性生殖和完成双受精作用的关键步骤。由微丝骨架系统介导的细胞壁组分的定向运输，对于维持花粉管的极性生长至关重要。然而，细胞壁组分在花粉细胞中分选和运输的分子机制在很大程度上仍然未知。
前期，北京师范大学、中国细胞生物学学会副理事长任海云教授团队发现AtFH5作为微丝结合蛋白Formin家族的成员之一，在花粉萌发中定位于分泌囊泡并介导微丝聚合，以此驱动囊泡的运输和花粉萌发位点的选择。长久以来，关于Formin蛋白的研究都集中于其C端结构域对微丝骨架的动态调控机制，然而有关其N端的功能则鲜有报道。
近日，任海云教授团队在PNAS上发表了题为“AtFH5 recruits and transports the arabinogalactan protein AGP23 to maintain the tip growth of pollen tube”的研究论文，揭示了AtFH5在花粉萌发和花粉管生长中通过其N端结构域介导细胞壁组分AGP23分选和运输的新功能。
在该项研究中，研究团队通过对AtFH5 互作蛋白的筛选，鉴定到阿拉伯半乳聚糖蛋白AGP23，并通过生化手段证明AtFH5的N端胞外域中的EXT基序是其与AGP23互作的关键。遗传学研究发现agp23与atfh5突变体表现出类似的表型，表明二者在调控花粉萌发和花粉管生长中具有协同作用。进一步显微观察发现，AGP23与AtFH5共定位，且AtFH5的N端胞外域缺失会破坏AGP23的动态变化及其在细胞壁的定位，表明AGP23是通过AtFH5标记的囊泡分选和运输的。此外，细胞学和遗传学证据表明AtFH5和AGP23在花粉管生长调控细胞壁组分的正确沉积，从而维持花粉管细胞壁的功能完整性。总之，这一研究丰富了人们对植物Formin蛋白功能机制的理解，并为细胞壁组分的分选及运输机制提供了新见解。
北京师范大学任海云教授和张凡凡副教授为该论文的共同通讯作者，博士研究生李江为第一作者，博士研究生范立刚、杨婷、张朴之、已毕业博士研究生阮华强、李逸豪讲师、王婷副教授和张毅教授参与了该项研究。该工作得到了国家自然科学基金项目的资助。
参考文献
Jiang Li, Ligang Fan, Ting Yang, Puzhi Zhang, Huaqiang Ruan, Yihao Li, Ting Wang, Yi Zhang, Fanfan Zhang, Haiyun Ren. AtFH5 recruits and transports the arabinogalactan protein AGP23 to maintain the tip growth of pollen tube. PNAS, 2024, 10.1073/pnas.2410607121.
Huaqiang Ruan, Ting Wang, Haiyun Ren, Yi Zhang. AtFH5-labeled secretory vesicles-dependent calcium oscillation drives exocytosis and stepwise bulge during pollen germination. Cell Reports, 2023, 42(11): 113319.
Chang Liu, Yi Zhang, Haiyun Ren. Profilin promotes formin-mediated actin filament assembly and vesicle transport during polarity formation in pollen. The Plant Cell, 2021, 33(4): 1252-1267.
Chang Liu, Yi Zhang, Haiyun Ren. Actin polymerization mediated by AtFH5 directs the polarity establishment and vesicle trafficking for pollen germination in Arabidopsis. Molecular Plant, 2018, 11(11): 1389-1399.
论文链接：
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2410607121
原标题：《【前沿进展】PNAS | 北京师范大学任海云团队揭示花粉萌发细胞壁组分分选及运输新机制》
