编辑推荐：
全球变暖加剧，高温威胁作物繁殖，花粉发育等受影响机制不明。兰州大学研究人员开展热稳定蛋白 PGSL1 对花粉影响的研究，发现 PGSL1 可稳定肌动蛋白丝（F-actin），促进花粉高温下萌发和花粉管生长，为提升作物抗热性提供策略。
在全球气候变暖的大背景下，极端高温事件愈发频繁，这如同一场来势汹汹的 “热风暴”，无情地席卷着全球农业生产。在农作物生长的各个阶段中，生殖过程就像温室里娇嫩的花朵，对高温格外敏感，尤其是花粉的发育、萌发以及花粉管的生长。想象一下，在炎热的夏日，花粉就像迷失方向的小船，难以正常完成受精过程，这直接导致作物产量大幅下降，严重威胁着全球粮食安全。
尽管科学家们对花粉在热胁迫下的发育进行了大量研究，但对于高温究竟如何影响花粉萌发和花粉管生长，仍然知之甚少。就像在黑暗中摸索，许多关键的谜团还未解开。而肌动蛋白细胞骨架及其结合蛋白（ABPs）在花粉的这些关键过程中起着至关重要的作用，不过它们在高温胁迫下的具体作用机制，至今仍是一片模糊的 “未知地带”。
为了攻克这些难题，探索生命科学在应对气候变化中的奥秘，兰州大学的研究人员挺身而出，展开了一场意义非凡的科研之旅。他们聚焦于一种名为 PGSL1（花粉萌发对 LatB 敏感蛋白 1）的植物特异性肌动蛋白结合蛋白，深入探究它在高温环境下对花粉萌发和花粉管生长的调控机制。经过不懈努力，研究人员发现，PGSL1 就像花粉在高温逆境中的 “保护神”，能够结合并稳定 F-actin，有效防止其在高温下发生变性。这一发现为提升作物在气候变化下的适应能力，提供了极具价值的理论依据和潜在策略，就像为作物应对高温挑战点亮了一盏明灯。该研究成果发表在《Nature Communications》上，引起了广泛关注。
研究人员在此次研究中运用了多种先进的技术方法。首先，利用正向遗传学筛选，从 6000 株 EMS 诱变的拟南芥植株中筛选出花粉萌发对 LatB 敏感的突变体。其次，借助全基因组重测序技术，精准定位突变基因。然后，通过蛋白纯化和体外结合实验，深入分析 PGSL1 与 F-actin 的结合特性。此外，运用基因编辑技术（CRISPR/Cas9）构建突变体，进一步探究 PGSL1 的功能。
研究结果具体如下：
- 花粉萌发 LatB 敏感突变体的分离与鉴定：通过正向遗传学筛选，获得多个花粉萌发对 LatB 敏感的突变体（pgsl 突变体），重点研究 pgsl1-1 突变体，发现其 AT5G64180 基因发生突变。pgsl1-2 突变体与 pgsl1-1 表现出相同的 LatB 敏感表型，且 PGSL1 互补可恢复 pgsl1-2 的表型。同时，PGSL1 功能突变在常温下不影响雄配子体和雌配子体的功能。
- PGSL1 的特性研究
- 植物特异性和保守性：PGSL1 编码 158 个氨基酸的蛋白质，仅存在于植物中，在植物界从低等到高等植物都高度保守。
- 与 F-actin 的结合特性：PGSL1 在体外能与 F-actin 结合，且能抑制 LatB 介导的 F-actin 解聚，但不能促进肌动蛋白成核或束状化。
- 热稳定性：PGSL1 具有高蛋白质热稳定性，其 α- 螺旋结构可能是热稳定的结构基础。
- 亚细胞定位：PGSL1 定位于细胞质，在花粉管顶端积累，且其顶端聚集依赖于完整的肌动蛋白细胞骨架。高温会降低其在花粉管顶端的荧光强度。
- PGSL1 对花粉萌发和花粉管生长的影响：pgsl1-2 突变体的花粉萌发和花粉管生长对高温更敏感，PGSL1 过表达在常温下促进花粉萌发和花粉管生长，但在高温下抑制。PGSL1 能保护 F-actin 在体外免受高温变性，其热稳定性对花粉在高温下的萌发和花粉管生长至关重要。
- PGSL1 对肌动蛋白稳态的调控：高温会降低花粉管中 F-actin 的荧光强度，增加其束状化程度，且这种影响是可逆的。pgsl1-2 突变体在高温下，花粉粒和花粉管中 F-actin 的稳定性降低，PGSL1 过表达可增加高温下花粉管中 F-actin 的荧光强度，但过高的稳定性可能不利于花粉管耐热。
- PGSL1 对花粉管分泌和回收囊泡的影响：在高温条件下，PGSL1 对花粉管顶端分泌和回收囊泡的积累和运输起着关键作用。pgsl1-2 突变体在高温下，顶端分泌和回收囊泡的分布发生改变。
研究结论和讨论部分指出，PGSL1 作为一种植物特异性肌动蛋白结合蛋白，在高温下介导肌动蛋白细胞骨架的动态组装，促进花粉萌发和花粉管生长。这一发现不仅揭示了花粉在高温下的调控机制，还为理解植物应对气候变化的适应机制提供了新的视角。同时，研究表明不同的 ABPs 可能通过协同或拮抗作用调节肌动蛋白的动态变化，PGSL1 或许与其他 ABPs 相互协作。此外，PGSL1 的热稳定性确保其在高温下保持活性，进而调节肌动蛋白的动态平衡。这一研究成果为未来提高作物在高温环境下的繁殖能力和产量，提供了重要的理论基础和潜在的基因资源，在农业生产应对气候变化的研究领域具有重大意义。
