大家好，本次閱讀的文獻(xiàn)是近期發(fā)表在《current biology》上的《FERONIA receptor kinase-regulated reactive oxygen species mediate self-incompatibility in Brassica rapa》的一文，通訊作者是山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院的段巧紅教授，近期來(lái)該課題組在FER受體激酶在生殖過(guò)程中的功能研究取得的一系列卓有成效的結(jié)果。

大多數(shù)蕓苔科植物演化出自交不親和(self-incompatibility, SI)的機(jī)制，以避免近交來(lái)產(chǎn)生雜交優(yōu)勢(shì)，例如我們熟知的 小肽SP11-受體SRK信號(hào)通路來(lái)調(diào)控自交不親和，但是柱頭是如何拒絕自身的花粉目前還未知。本文以大白菜為模型探究了柱頭中的ROS對(duì)于SI的影響。

為了確定ROS是否參與大白菜的SI，在SI和CP（相容性花粉）授粉后不同時(shí)間點(diǎn)對(duì)大白菜柱頭進(jìn)行,7’-dichlorodihydrofluorescein diacetate (H2DCFDA)染色，可以發(fā)現(xiàn)SI時(shí)，柱頭的ROS會(huì)上升，但是CP時(shí)，柱頭會(huì)明顯下降。通過(guò)與細(xì)胞壁的marker PI染色，發(fā)現(xiàn)在ROS主要定位在貼近質(zhì)膜的胞質(zhì)中。此外，利用其他兩種ROS的探針：hydroxyphenyl fluorescein 和 dihydroethidium 也得到了類(lèi)似的結(jié)果。

Stigmatic ROS increase after self-pollination and decrease after compatible-pollination

為了探討自花授粉后柱頭ROS增加的分子機(jī)制，他們抑制了SRK的表達(dá)來(lái)降低SP11-SRK信號(hào)通路來(lái)檢測(cè)ROS，由于大白菜遺傳轉(zhuǎn)化非常困難，于是他們利用 antisense oligodeoxyribonucleotide(AS-ODN)技術(shù)來(lái)進(jìn)行敲低，AS-BrSRK46(V)的施加成功降低SI反應(yīng)。有趣的是SRK的敲低不僅降低了未授粉的柱頭的ROS，而且抑制了自交時(shí)ROS的增加。

The increase of stigmatic ROS after self-pollination is S-haplotype specific

那么高水平的ROS是否是拒絕自身花粉的原因呢？這里作者采用了ROS 各種ROS的清除劑CuCl2, Tiron, KI, or sodium benzoate, 這些抑制劑均有效的抑制了柱頭的ROS,并且以劑量依賴性的方式增加花粉管的穿出。（重點(diǎn)：活性氧清除劑在指定濃度下并沒(méi)有抑制親和花粉的生長(zhǎng)，表明柱頭和花粉活力沒(méi)有受到影響）。因此這些結(jié)果明確地表明，柱頭ROS的增加是排斥自身花粉的必要因素。為了進(jìn)一步證實(shí)該觀點(diǎn)，作者進(jìn)行一個(gè)‘‘stigma transfer experiment’’實(shí)驗(yàn)，在施加自身花粉0-60min的柱頭轉(zhuǎn)入ROS的抑制劑中?；ǚ酃艿拿劝l(fā)數(shù)隨著轉(zhuǎn)移的時(shí)間而減少。有趣的是，他們還利用了黃嘌呤/黃嘌呤氧化酶(X/XO)或是FeSO4 (Fe2+介導(dǎo)的Fenton反應(yīng))來(lái)在柱頭產(chǎn)生ROS，對(duì)于相容性花粉也不能正常萌發(fā)。因此，ROS的增加對(duì)花粉具有非選擇性的抑制作用。但是如果采用正常情況下混有兩種不同類(lèi)型的花粉分別授粉柱頭一半時(shí)，發(fā)現(xiàn)相容性花粉仍能萌發(fā)，但是自交的不能萌發(fā)。因此推測(cè)當(dāng)柱頭遇到自交花粉粒和親和花粉粒的混合時(shí)，誘導(dǎo)的ROS增加或減少會(huì)使附近的親和花粉萌發(fā)，而自交花粉粒不萌發(fā)(如果能完全混合，其中一方有marker標(biāo)記結(jié)果應(yīng)該會(huì)非常有意思)。

High levels of stigmatic ROS are essential to reject self-pollen

植物中ROS主要由NADPH產(chǎn)生，那么這個(gè)過(guò)程是否有NADPH調(diào)控呢？通過(guò)施加NADPH的抑制劑diphenyleneiodonium chloride (DPI)，發(fā)現(xiàn)合適的濃度可以使得自交花粉管生長(zhǎng)，因此ROS的產(chǎn)生應(yīng)該主要是由NADPH所調(diào)控的。大白菜中一共有13個(gè)NADPH編碼基因，其中BrRbohD1, BrRbohD2, BrRbohF, 和 BrRbohI主要在柱頭表達(dá)。BrRbohF的敲低能夠降低SI，此外BrRbohD1, BrRbohD2, 和 BrRbohl敲低也能降低柱頭ROS的表達(dá)并且略降低SI，暗示著這些Rboh可能發(fā)揮著冗余地功能。為了進(jìn)一步證明ROS調(diào)控SI在十字花科植物的保守性，他們還在蘿卜和甘藍(lán)的柱頭上進(jìn)行NADPH抑制劑的處理，發(fā)現(xiàn)也能降低ROS。

The involvement of NADPH-oxidase- dependent stigmatic ROS in the SI response of other Brassica specie

此外在用ROS降低的材料中，發(fā)現(xiàn)花粉管的生長(zhǎng)長(zhǎng)度明顯增加，暗示著ROS的降低可能對(duì)于相容性花粉的萌發(fā)具有促進(jìn)作用。在自交相容性的擬南芥的rbohd中，在授粉前后柱頭均具有更低的ROS累積水平且花粉管萌發(fā)加快。因此RBOH酶作為關(guān)鍵酶，在CP時(shí)促進(jìn)花粉萌發(fā)，但是SI時(shí)抑制。

那么什么調(diào)控了RBOH的酶活呢？在先前的研究中發(fā)現(xiàn)RBOH受到ROP的激活，通過(guò)抑制劑和敲低證明了ROP2調(diào)控并且通過(guò)互作驗(yàn)證了ROP8與RBOHF存在直接互作。

NADPH-oxidase-dependent ROS production during pollen-stigma interaction is mediated by Rac/Rop GTPases

由于FER在柱頭上也有表達(dá)，F(xiàn)ER是否也參與這個(gè)過(guò)程呢？在擬南芥中，突變體柱頭ROS下降且短時(shí)間內(nèi)花粉生長(zhǎng)速度加快（李超 science表型），在大白菜中，敲低FER顯著降低NADPH的表達(dá)以及ROS在柱頭的累積，同樣降低了ROS并降低了SI。因此，F(xiàn)ER-Rac/Rop GTPase-Rboh信號(hào)通路對(duì)于SI以及維持未授粉柱頭ROS的基本水平是必要的。

FERONIA-Rac/Rop signaling controls stigmatic ROS during pollen-stigma interaction

一個(gè)問(wèn)題：SI和CP中FER是如何識(shí)別的，單獨(dú)信號(hào)還是受到SP11-SRK的調(diào)控？