2023年9月21日，北京科技大学生物农业研究院、北京中智生物农业国际研究院万向元教授团队在Plant Physiology and Biochemistry (IF: 6.5) 10月刊，同期发表两篇论文: A systematic analysis of the subtilase gene family and expression and subcellular localization investigation of anther-specific members in maize (Volume 203, 108041) 和Structural and molecular basis of pollen germination (Volume 203, 108042)，分别对玉米枯草杆菌蛋白酶家族尤其是潜在影响育性的花药特异表达成员进行了系统分析，以及系统综述了植物花粉萌发的结构和分子基础。

发表在PPB上的第一篇研究论文：枯草杆菌蛋白酶（SBT）属于丝氨酸蛋白水解酶家族，在植物发育和抵抗生物和非生物胁迫中发挥着重要作用。例如，在拟南芥中，花药绒毡层产生的Casparian Strip Integrity Factor（CIF）肽前体需要花粉分泌的SBT蛋白进行加工才能被定位在中间层的受体激酶Gassho（GSO）识别，进而调控花粉壁正常发育。尽管SBT基因家族已在一些植物中尤其是双子叶植物（如拟南芥）基因组中进行了鉴定，且有部分成员的功能已经明确，但对 SBT 在单子叶植物中的潜在功能知之甚少，在玉米中更是没有任何报道。

图1：玉米SBT家族成员及蛋白活性位点结构分析

该论文从玉米基因组中首次分离鉴定了58个编码SBT蛋白的基因，并对其表达、进化、蛋白结构及功能保守性进行了系统分析研究（部分见图1）。此外，对花药特异表达的成员在花药不同发育时期的表达及蛋白亚细胞定位行了详细分析（部分见图2），为后续研究这些基因的功能及发掘潜在的雄性不育基因提供了重要参考。

图2：花药特异表达的玉米SBT蛋白的亚细胞定位

北京科技大学生物农业研究院青年教师侯全璨和已毕业硕士生王琳琳为该论文共同第一作者，万向元教授为该论文通讯作者。

原文链接：https://authors.elsevier.com/c/1hmRQ3VH9X9wrH

发表在PPB上的第二篇综述论文：花粉萌发是开花植物进行双受精的先决条件，全面了解花粉萌发的结构和分子基础对提高作物产量至关重要。发育完整的花粉孔结构是大多数植物花粉萌发的基础，花粉孔的形成涉及细胞极性的确立、不同膜域的形成以及胞外物质的精确沉积。此外，花粉成功萌发需要花粉粒和柱头之间精确的物质交换和信号转导。最近对拟南芥和水稻花粉萌发过程的细胞学和突变体分析拓展了我们对这一生物学过程的理解，但花粉萌发过程中萌发位点结构和能量相关代谢物的整体变化仍有待进一步研究。

图3：拟南芥和水稻花粉孔发育过程

该论文对双子叶植物拟南芥和单子叶植物水稻花粉孔形成、花粉黏附、水合和萌发过程的最新研究进展进行了系统总结和比较，并对花粉萌发过程的结构基础和分子机制进行了探讨。许多双子叶植物花粉沿赤道区域均匀分布有3个花粉孔(图3A)，而单子叶花粉通常只有一个花粉孔位于花粉的远极端(图3B)。除花粉孔数量不同外，双子叶和单子叶的花粉孔结构也存在差异，这些差异导致了不同的萌发模式。

图4：拟南芥和水稻从授粉到萌发的过程

在包含拟南芥的大部分十字花科植物中，花粉管既可以从花粉孔中萌发，也可以直接从花粉壁中萌发，而其它大多数开花植物的花粉管只通过花粉孔萌发。组成花粉孔结构的孔盖、孔环和Zwischenkörper在水稻花粉萌发中都起着至关重要的作用。文章对这些结构的形成过程、成分、机制以及已克隆鉴定的与花粉黏附、水合及萌发过程相关基因进行总结，并对其通过参与信号转导、糖代谢、物质转运和细胞壁成分生物合成等途径，进而控制花粉萌发的机制进行了详细总结和综述 (图4)。

北京科技大学生物农业研究院博士生赵薇和青年教师侯全璨为共同第一作者，吴锁伟教授和万向元教授为共同通讯作者。

原文链接：https://authors.elsevier.com/c/1ho9J3VH9X9wrT

上述相关研究工作得到了“十四五”国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、北京市科技新星及中央高校基本科研业务费等项目的联合资助。