近日，我校蔡汉阳/秦源团队在《新植物学家》New Phytologist发表了题为Dual localization of PDI5 couples endoplasmic reticulum proteostasis to meristem organization and meiotic fidelity in Arabidopsis（PDI5的双重定位将内质网蛋白质稳态与拟南芥分生组织组织和减数分裂精准耦合）的研究成果，揭示PROTEIN DISULFIDE ISOMERASE 5 (PDI5，拟南芥蛋白质二硫化物异构酶5)通过影响生长素稳态和蛋白质糖基化修饰调控拟南芥根分生组织发育和雌雄生殖细胞减数分裂过程。
大孢子母细胞（megaspore mother cell, MMC）是有花植物分化出的第一个雌性生殖系细胞，它起源于胚珠原基的一个远端珠心亚表皮L2层细胞，该细胞通过伸长膨大形成孢原细胞，并进一步特化形成大孢子母细胞，从而进入生殖细胞系发育进程，最终发育形成雌配子体，为植物提供受精的场所。大孢子母细胞特化过程受到复杂的位置信号网络的调控，这些信号整合了植物激素梯度、非细胞自主性小RNA以及表观遗传修饰等多重途径。然而，这些不同调控通路如何相互协调，共同建立精确的位置信号以确保仅形成一个大孢子母细胞，其背后的整合调控网络仍有待深入解析。
研究发现，PDI5存在两种不同转录本（PDI5.1和PDI5.2），PDI5.1形式的蛋白主要定位在根分生组织细胞和小柱细胞的内质网，而PDI5.2形式的蛋白则定位于根的细胞核（图1）。PDI5在早期胚珠的顶端表皮细胞中特异表达，与生长素分布的位置高度一致，pdi5突变导致生长素浓度发生改变，并影响PIN2蛋白的膜-质运输，暗示PDI5可能通过影响生长素的分布调控根和胚珠的发育（图1）。
图1. PDI5两种不同转录本的蛋白定位和pdi5突变体改变生长素浓度分布
为了探究PDI5是否参与调控早期胚珠发育，本研究通过杂交的方法将珠心模式和种系规范相关的标记marker（WUS-eGFP和KNU-VENUS）分别导入pdi5突变体中，结果显示，与WT相比，WUS-eGFP的荧光信号在pdi5突变体中显著降低，表明突变体中WUS积累降低（图2）；此外，在WT中，每个胚珠只能观察到一个KNU-VENUS信号，而在pdi5突变体中每个胚珠可以观察到多个KNU-VENUS信号（图2），表明pdi5突变会导致胚珠出现多个大孢子母细胞，导致雌性生殖发育出现异常。为了进一步验证因pdi5突变产生的多个大孢子母细胞是否进入减数分裂，本研究将减数分裂的标记marker（DYAD1-GFP）导入pdi5突变体，结果显示，在pdi5突变体中可以观察到多个DYAD1-GFP荧光信号（图2），表明这些多个大孢子母细胞均可以进入减数分裂。
图2. pdi5突变导致胚珠出现多个大孢子母细胞以及减数分裂异常
研究还发现，pdi5突变体出现减数分裂异常而导致功能大孢子不能形成，进而导致雌配子体发育异常。进一步的利用卵细胞特异性标记基因Marker（DD45-GFP）和中央细胞特异性标记基因Marker（DD65-GFP）分析显示，pdi5突变导致雌配子体不能正常形成卵细胞和中央细胞（图3）。
图3. pdi5突变导致大孢子母细胞减数分裂异常进而影响功能大孢子和雌配子体发育异常
本研究阐明了PDI5通过影响生长素稳态和蛋白质糖基化修饰调控大孢子母细胞发育的分子机理，为揭示植物雌性生殖细胞命运决定的机制提供重要线索。
生命科学学院/海峡联合研究院蔡汉阳教授、秦源教授以及Aslam, Mohammad博士后（已出站）为该论文的通讯作者，Aslam, Mohammad博士后为第一作者。kaiyun开云官方网页版生命科学学院/海峡联合研究院为第一单位和通讯作者单位。该研究成果得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、福建省“雏鹰计划”青年拔尖人才项目以及福建省杰出青年基金等科研项目的资助。
原文链接：
https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/nph.71522?saml_referrer
通讯作者简介：
蔡汉阳，kaiyun开云官方网页版生命科学学院/海峡联合研究院教授、博士生导师。主要从事植物生殖发育研究领域的教学和科研工作。近年来，相关研究成果以第一作者或通讯作者身份(含共同)发表在Developmental Cell, Plant Cell (3篇), Current Biology, PNAS, New Phytologist (5篇), Current Opinion in Plant Biology等期刊。
秦源，女，博士，博士生导师，第十四届全国人大代表，民革福建省第十四届委员会副主委, kaiyun开云官方网页版生命科学学院院长，教育部“长江学者”特聘教授，“国家优秀青年科学基金”获得者，中英人才项目“牛顿高级学者基金”获得者，福建省高层次人才（A类），福建省“百人计划”。在国际期刊PNAS, Developmental Cell, Current Biology, Plant Cell, Molecular Plant, New Phytologist, PLoS Genetics, Plant Physiology, Plant Journal等发表SCI收录论文110余篇。
