近日，西南大學農(nóng)學與生物科技學院何光華/王楠團隊在植物學領域國際期刊Plant Physiology在線發(fā)表了的研究論文The exocyst subunit EXO70D2 interacts with the WD40 protein GORI to regulate pollen tube growth and seed setting in rice的研究論文，揭示了水稻胞泌復合體亞基EXO70D2與WD40蛋白GORI通過協(xié)同調(diào)控囊泡運輸，共同保障花粉管正常生長的分子機制。

結實率是決定水稻產(chǎn)量的關鍵要素之一。花粉管作為輸送精細胞的“生命通道”，其正常生長是成功受精結實的關鍵。研究團隊利用CRISPR/Cas9基因編輯技術敲除了水稻中的EXO70D2基因，發(fā)現(xiàn)突變體水稻的結實率從野生型的95.4%顯著降低至約68%。進一步研究發(fā)現(xiàn)突變體的花粉管發(fā)育異常，大部分無法將精細胞送達胚珠，直接導致結實率降低（圖1）。

圖1EXO70D2突變導致花粉管發(fā)育缺陷，從而引起結實率降低

為了解EXO70D2如何工作，研究人員進一步篩選并找到了其關鍵互作蛋白——GORI。生化實驗證實，兩者能夠直接結合。遺傳證據(jù)顯示，雙突變體中花粉管生長和結實率受損更為嚴重。這表明，EXO70D2與GORI在同一條通路上協(xié)同作用（圖2）。

花粉管的快速生長極度依賴細胞內(nèi)部高效的“物流”系統(tǒng)——囊泡運輸。囊泡如同“運輸卡車”，負責運送和回收生長點各種原料。研究通過FM4-64示蹤和BFA處理實驗證明，EXO70D2與GORI并不主要參與典型的胞泌復合體介導的“外排”（exocytosis）作用，而是協(xié)同調(diào)控“內(nèi)吞”（endocytosis）途徑的囊泡循環(huán)再利用。這種對內(nèi)膜系統(tǒng)動態(tài)平衡的非經(jīng)典調(diào)控，對于維持花粉管頂端的極性生長至關重要（圖2）。

圖2EXO70D2與GORI通過調(diào)節(jié)囊泡運輸協(xié)同調(diào)控水稻結實率

綜上所述，該研究不僅鑒定了一個新的調(diào)控水稻生殖發(fā)育的關鍵蛋白模塊EXO70D2-GORI，更重要的是從細胞“物流”的角度深化了對受精過程的理解。這一發(fā)現(xiàn)為通過分子設計育種，定向改良水稻受精效率、提高產(chǎn)量潛力提供了重要的理論靶點和基因資源。

該研究的第一作者為涂燃冉博士，共同第一作者為王宏博士和鄒沁雯博士。何光華教授、王楠教授及王宏博士為共同通訊作者。此外，孫志豪博士和吳佳俊碩士對本研究提供了幫助。此項工作得到了國家自然科學基金、四川省杰出青年基金、重慶市杰出科學家項目等資助。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf422