一项关键研究为植物繁殖的分子基础提供了新的见解，确定了对花粉发育至关重要的关键相互作用。该研究集中于 MAPK20 对 ATG6 蛋白的磷酸化，这是确保番茄花粉活力和发芽的关键调控步骤，为农业进步提供了有希望的途径。
开花植物的花粉发育是一个复杂的过程，涉及多种遗传和生理途径。先前的研究强调了丝裂原活化蛋白激酶 (MAPK) 在植物各个发育阶段的重要性。然而，MAPK 调节花粉发育的具体机制仍不清楚。由于这些挑战，有必要对 MAPK20 的作用及其与自噬相关蛋白的相互作用进行深入研究。
浙江大学园艺系的研究人员取得了这一重大发现，并于 2024 年 3 月 6 日发表在《园艺研究》上。该研究(DOI：10.1093/hr/uhae069)阐明了MAPK20通过ATG6磷酸化介导自噬体形成的作用，而ATG6磷酸化是番茄(Solanum lycopersicum L.)花粉发育的关键。
研究表明，MAPK20主要在番茄雄蕊中表达。研究人员利用CRISPR/Cas9技术生成mapk20突变体和MAPK20过表达株系来研究花粉的发育。结果表明，mapk20突变体表现出花粉粒异常、花粉活力下降和发芽率降低。进一步分析表明，MAPK20与自噬过程中的关键蛋白ATG6相互作用，并在丝氨酸265位点对其进行磷酸化。这种磷酸化对于自噬体的形成至关重要，而自噬体对于花粉粒的正常发育和功能至关重要。如果没有 MAPK20 介导的 ATG6 磷酸化，自噬体形成就会受损，从而导致花粉发育缺陷。这些发现强调了 MAPK20 和 ATG6 相互作用在确保花粉活力和发芽方面的重要性，这对于番茄成功受精和果实发育至关重要。
该研究的通讯作者周杰博士表示：“我们的研究结果为调控番茄花粉发育的分子机制提供了新的见解。MAPK20 和 ATG6 之间的相互作用以及随后的磷酸化事件对于自噬体的形成、确保花粉活力和成功受精至关重要。这项研究为通过有针对性的基因改造提高作物生育力和产量开辟了新途径。”
了解 MAPK20 在花粉发育中的作用对农业实践具有重要意义。通过操纵 MAPK20 和 ATG6 的表达，可能可以提高番茄花粉的活力和生育力，从而提高作物产量。此外，这项研究可以扩展到其他开花植物，为作物育种和生物技术提供更广泛的应用，以应对粮食安全挑战。