JPP | 安徽农业大学团队揭示GSTF10作用于FERONIA下游,抑制花粉萌发和花粉管伸长

近日，安徽农业大学生命科学学院何永军在Journal of Plant Physiology发表了题为GSTF10 acts downstream of FERONIA to inhibit pollen germination and tube elongation，揭示了 FER–GSTF10 信号模块在拟南芥兼容性花粉-柱头相互作用中的负调控作用。FER通过磷酸化GSTF10，维持柱头乳头细胞中的ROS水平，从而延迟花粉水合和花粉管伸长；同时，GSTF10还负调控胚珠数量，影响种子产量。这一发现为理解植物如何精细调控花粉萌发和受精时机提供了新的分子机制，也为作物育种提供了潜在靶点。

在开花植物繁殖过程中，花粉与柱头之间的相互作用构成了雌雄配子体沟通的首要步骤，是确保相容花粉成功萌发与受精的关键前提。拟南芥受体激酶FERONIA（FER）参与调控该过程，但其下游信号机制尚不明确。柱头通过复杂信号系统选择性接纳相容花粉，而自交不亲和机制虽研究较多，相容性互作的分子网络仍所知有限。近年来研究发现，FER作为CrRLK1L家族代表，通过磷酸化底物调控花粉管导向、破裂及精子释放，但其在柱头中响应相容花粉的下游通路有待解析。此外，谷胱甘肽S-转移酶Phi类成员GSTF10在多种植物中广泛参与解毒代谢、抗氧化防御及次生代谢调控等生理过程，其是否参与生殖调控也有待探究。

1.GSTF10与FER存在物理互作

为了鉴定FER信号通路的潜在组分，研究者通过免疫沉淀-质谱学(IP-MS)筛选发现GSTF10为FER的候选互作蛋白。随后通过酵母双杂交、萤光素酶互补实验和免疫共沉淀三种方法，共同证实FER与GSTF10之间存在直接的物理相互作用，提示GSTF10可能通过与FER互作参与拟南芥生殖发育。

2.GSTF10在柱头乳头细胞中高表达，抑制花粉管伸长和结实

为探究Phi类谷胱甘肽S-转移酶（GSTF）家族与生殖发育的关系，研究者首先通过qRTPCR检测拟南芥13个GSTF基因在柱头乳突细胞中的表达，发现GSTF10在乳突细胞中表达水平显著高于其他GSTF成员，提示其与亲和性花粉柱头互作密切相关。为解析GSTF10体内功能，研究选用并鉴定了两个独立T-DNA插入缺失突变体：gstf10-1和gstf10-2。观察gstf10-1和gstf10-2突变体，发现它们柱头上花粉管明显更长。另外，gstf10每角果种子数显著多于野生型。这就说明GSTF10负调控花粉管在柱头内的伸长，并负调控胚珠/种子数目。

3. GSTF10通过柱头乳突ROS动态平衡调节花粉水合作用

为探究gstf10突变体中花粉管生长加速的机制，作者检测了花粉水合速率和柱头ROS水平。结果显示，gstf10突变体柱头上的花粉水合速度显著快于野生型，同时其柱头乳突细胞中的ROS水平显著低于野生型。此外，对拟南芥RNA-seq数据库(ARS)的分析表明，GSTF10在生长中的花粉管中也高度表达。这些结果表明，GSTF10通过维持柱头ROS水平来延迟花粉水合，从而负调控花粉管生长，并可能直接作用于花粉管限制其伸长。

4. GSTF10位于FER下游调节花粉管生长和结实

为明确GSTF10与FER之间的遗传关系，构建了gstf10-1 fer-4双突变体。在花粉管长度方面，双突变体表型与gstf10-1相似，均显著短于fer-4。在结实方面，fer-4单突变体种子数严重减少，而双突变体介于fer-4与野生型之间，呈现部分恢复。这表明GSTF10在遗传上位于FER下游：FER可能通过促进GSTF10的功能来抑制花粉管伸长，同时通过抑制GSTF10的功能来促进结实。

5. GFER激酶在体外对GSTF10的磷酸化. 

利用ABA诱导的大肠杆菌共表达系统，同时表达PYL1、ABI1、FER激酶结构域（FER-KD）及GSTF10。加入ABA后，FER-KD与GSTF10均出现磷酸化条带；而以激酶失活突变体FER-KD^K565R替代FER-KD后，GSTF10未被磷酸化。说明FER激酶可在体外直接磷酸化GSTF10，且该过程依赖FER的激酶活性。

本研究首次鉴定到Phi类谷胱甘肽S-转移酶GSTF10作为受体激酶FERONIA（FER）的互作蛋白及其磷酸化底物，揭示了FER–GSTF10信号模块通过维持柱头ROS水平延迟花粉水合、抑制花粉管过度伸长的全新调控机制，填补了亲和性花粉-柱头互作下游信号网络的空白，并为进一步剖析平衡花粉接受与发育时间的分子机制提供了基础。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jplph.2026.154816