上海交大****Cell子刊文章

　　

生物通报道：来自上海交通大学生命科学技术学院，Bio-X中心等处的研究人员发表了题为“MTR1 Encodes a Secretory Fasciclin Glycoprotein Required for Male Reproductive Development in Rice”的文章，发现了水稻雄性配子细胞中一种称为MTR1的蛋白的关键作用，从而提出了一种植物雄性生殖发育的新机制。相关成果公布在Developmental Cell杂志上。

领导这一研究的是上海交通大学****张大兵教授，张大兵教授研究组主要从事水稻遗传学、花器官和花药形成分子基础以及分子辅助育种等研究工作，曾在控制水稻花和花序分生组织控制、花粉形成功能基因克隆等方面开展了系统地工作，分离了控制水稻重要农艺性状关键基因FON4。

植物的有性生殖不仅是植物繁殖的主要途径，也是植物进化及对环境适应的基础之一。在开花植物中，生殖发育特别是雄性生殖发育，由于涉及复杂而精细的细胞发育和分子机制而成为了植物发育学的重点研究模型。

花药发育和花粉形成是植物完成世代交替的重要环节，认识植物花药发育和花粉形成的分子机理，对于提高人们对植物基本生命现象的认识以及作物杂交育种提高农业产量具有重要意义。开花植物中，花药中单倍体雄配子体的形成需要生殖细胞与相邻体细胞之间的相互作用，但是其中的机理，科学家们至今了解的还不清楚。

在这篇文章中，研究人员发现了一种成束蛋白（fasciclin）糖蛋白：MICROSPORE AND TAPETUM REGULATOR1 (MTR1)，在调控水稻（Oryza sativa）孢子和生殖细胞发育过程中的关键作用。

这种MTR1蛋白能在雄性生殖细胞中特异性表达，但它的突变会带来绒毡层，小孢子发育的缺陷，引起雄性不育。研究人员还发现正常的花药发育与花粉繁殖能力，也需要MTR1蛋白成束结构域，N-glycolation，以及N末端信号多肽介导的质膜定位。

这项研究数据表明，水稻雄性生殖细胞能分泌MTR1蛋白，用以调控生殖细胞和相邻体细胞的发育，从而提出了一种植物雄性生殖发育的新机制。

张大兵教授研究组曾发表过多项花器官和花药形成分子机制领域的研究成果，2010年其实验室在The Plant Cel杂志上连续发表三篇文章，系统阐述了花药发育和花粉形成的关键基因及其网络调控机制，产生了较大的国际影响力。

研究人员通过遗传学、生物化学、细胞生物学等手段，揭示了控制水稻花药外表面结构（角质）和花粉外壁形成的关键基因CYP704B2；并提出植物花药表面角质层和花粉外壁的孢粉素成份的合成可能存在共同的生化途径。

（生物通：张迪）

原文摘要：

MTR1 Encodes a Secretory Fasciclin Glycoprotein Required for Male Reproductive Development in Rice

In flowering plants, formation of the haploid male gametophytes in anthers requires the interaction between reproductive cells and the neighboring somatic cells, yet the underlying mechanism remains poorly understood. Here, we reveal the crucial role of a fasciclin glycoprotein, MICROSPORE AND TAPETUM REGULATOR1 (MTR1), in controlling the development of sporophytic and reproductive cells in rice (Oryza sativa). MTR1 is specifically expressed in the male reproductive cells, yet its mutant exhibits defects in both tapetum and microspore development, causing complete male sterility. We also demonstrate that the fasciclin domains, N-glycolation, and N-terminal signal peptide-mediated plasma membrane localization of MTR1 are required for normal anther development and pollen fertility. Our findings show that rice male reproductive cells secrete the MTR1 protein to control the development of reproductive cells and their adjacent somatic cells, thus providing novel insights into the mechanism of plant male reproductive development.

作者简介：

张大兵，教育部****奖励计划特聘教授和国家百千万人才工程、国家杰出青年基金获得者、上海市优秀学科带头人、上海科技启明星、上海市曙光学者、教育部新世纪优秀人才等。

1998年2月于中科院上海植物生理生态研究所获博士学位。 中国植物学会第十三届理事会 植物生理及分子生物学专业委员会委员；上海市生物化学与分子生物学会理事；上海市科学技术委员会技术预见专家；《Journal of Integrative Plant Biology》、《Journal of Plant Physiology》、《Journal of Genetics & Genomics》、《Journal of Food Safety & Quality》等期刊编委；上海交通大学Bio-X中心伦理委员会委员。

张大兵教授研究组主要开展水稻遗传学、花器官和花药形成分子基础以及分子辅助育种等研究工作。在控制水稻花和花序分生组织控制、花粉形成功能基因克隆等方面开展了系统地工作，主持了国家杰出青年基金项目、国家自然科学基金重点等 国家和省、部委的研究课题，分离了控制水稻重要农艺性状关键基因FON4（Flower Organ Number 4）、TDR(Tapetum Degradation Retardation)、REP1(Retarded Palea1)、CYP704B2和CSA(Carbon Starved Anther)等 。近年来以通讯作者身份在Plant Cell等期刊上发表论文80多篇。作为第一完成人获得上海市科技进步奖一项。 组织申报教育部“生物技术”特色专业、“生物化学与分子生物学“国家以及上海市重点学科等。