开花植物的有性生殖是亲代通过减数分裂产生雌配子体和雄配子体,二者相互结合形成受精卵,进而逐步发育成一个新个体的生殖方式。这些过程包括配子体的发育、花粉管伸长、双受精和胚胎发育等重要过程,每个环节都受到一系列基因的精准调控。花粉是雄性生殖细胞,花粉壁形成网状结构,是最复杂的植物细胞壁。细胞壁生物合成需要的物质和调控因子通过膜泡运输分泌到质膜和细胞壁。真核细胞的膜泡运输过程主要包括运输囊泡的出芽、定向移动、拴留、锚定和膜融合等步骤。膜泡运输过程依赖多种调控因子的协同作用来完成,如衣被蛋白(coat)、拴留蛋白(tether)、SM蛋白和SNARE(soluble N-ethylmaleimide-sensitive factoselleckr attachment protein receptor)蛋白等,这些因子大多是高度保守的。其中,SNARE因子在运输囊泡的锚定和膜融合过程中发挥至关重要的作用。拟南芥cis-Golgi定位的Qa-SNARE是AtSYP3家族,包括AtSYP31和AtSYP32,可能调控内质网Pexidartinib使用方法向高尔基体的顺向运输。据报道,AtSYP31和AtSYP32共同调控雄配子发育且部分功能冗余。为了深入探讨AtSYP32在植物生殖发育过程中的功能,本研究以拟南芥atsyp32突变体、AtSYP32 RNAi、AtSYP31和AtSYP32共同RNPolymer-biopolymer interactionsAi(AtSYP31/32 RNAi)和AtSYP32过表达株系(AtSYP32 OE)为实验材料,利用发育生物学、分子生物学、细胞生物学和生物化学等手段,进行了深入研究。研究结果如下:1.AtSYP32缺失突变体纯合致死。atsyp32+/-突变体、AtSYP32 RNAi、AtSYP31/32 RNAi和AtSYP32 OE株系幼苗的根长、植物体的株高和育性等与野生型比较发生显著变化,而atsyp32-2互补株系的表型完全恢复,说明AtSYP32调节植物营养发育和生殖发育。2.atsyp32+/-突变体、AtSYP32 RNAi和AtSYP31/32RNAi株系的花粉活性降低。体外萌发实验显示,atsyp32+/-突变体部分花粉和花粉管发生爆裂;体内萌发实验显示,部分花粉粒在柱头不能发生水合作用,很多花粉管不能伸长,一些萌发的花粉管不能径直生长,导致很多胚珠无花粉管伸入实现双受精。扫描电镜观察发现部分花粉粒萎缩、花粉壁不完整。透射电镜观察发现,atsyp32+/-、AtSYP32 RNAi和AtSYP31/32 RNAi株系部分花粉粒不能形成完整的花粉壁,花粉内壁厚度变薄、外壁排列异常,而且花粉粒之间、花粉粒与残留的绒毡层之间有粘连。AtSYP31/32 RNAi株系的表型更严重。然而,atsyp31突变体植株和花粉粒没有出现上述表型。这些现象说明AtSYP32调控花粉壁结构完整性和花粉管伸长,而AtSYP31增强AtSYP32的功能。3.atsyp32+/-突变体、AtSYP32RNAi和AtSYP31/32 RNAi株系的部分花粉粒内部的细胞结构异常,内质网膨大、胞质中滞留大量不同类型的运输囊泡。这些现象暗示AtSYP32在小孢子发育过程中调控膜泡运输。而AtSYP31/32 RNAi株系表型更加严重,大量花粉粒内部无细胞结构,还有一部分出现质壁分离,这种现象说明AtSYP31增强AtSYP32对花粉发育的调控功能。4.通过化学染色和免疫荧光检测发现,atsyp32+/-突变体的花粉壁组分如胼胝质、花粉管细胞壁组分如果胶、半乳糖醛酸聚糖、去脂化半乳糖醛酸聚糖和木葡聚糖等的分布和含量发生显著变化。这些现象暗示AtSYP32调控这些物质的极性运输和分泌。5.调控花粉管细胞壁完整性的RALF4/19-LRX-AUN1和RALF4/19-ANX/BUPS-MARIS通路,以及细胞壁生物合成相关的膜泡运输途径中的重要基因的表达水平发生显著变化,暗示AtSYP32通过调控细胞壁生物合成物质和调控蛋白的分泌来调控花粉壁发育和花粉管细胞壁的完整性。6.酵母双杂交、荧光素酶互补实验和BiFC实验证明,AtSYP32与木葡聚糖合成酶XXT5互作,可能促进木葡聚糖在高尔基体的合成和分泌过程;与花粉管细胞壁内受体蛋白LRX11和信号肽RALF19相互作用,可能促进这些调控因子的分泌效率。同时,AtSYP32与调控雄配子发育的SNARE蛋白BET12和AtSEC22、调控绒毡层发育的COPII衣被蛋白SEC31B相互作用,协同调控内质网到高尔基体的顺行运输,从而调控花粉壁发育和花粉管细胞壁完整性。综上所述,AtSYP32通过调控膜泡运输来调节花粉壁发育和花粉管细胞壁完整性,在植物生殖发育过程中发挥至关重要的作用。