近日，EON体育4平台林文慧研究組在The Plant Cell在線發表了題為Spatiotemporal formation of the large vacuole regulated by the BIN2-VLG module is required for female gametophyte development in Arabidopsis的研究論文。EON体育4博士後胡利芹和於世霞為論文第一作者，EON体育4平台研究員林文慧為論文通訊作者🧍‍♀️。該研究發現，雌配子體中大液泡在正確時空形成對雌配子體發育至關重要🌉，大液泡在雌配子體單核期時提前形成或者在二核期時無法形成都會導致雌配子體敗育🥖。該研究闡明了GSK3類蛋白激酶BRASSINOSTEROID INSENSITIVE2（BIN2）通過與VLG相互作用並磷酸化VLG從而調控VLG蛋白的穩定性🦹‍♀️🫃，影響雌配子體中大液泡的形成進而影響雌配子體發育的機製。該研究發現了BIN2蛋白的新功能，並提出了雌配子體發育調控的新機製⛹🏿。

該研究首先發現BIN2的功能獲得性點突變體bin2-1的雌配子體在FG1期過早形成大液泡，過表達BIN2能夠模擬bin2-1突變體的表型👩🏼‍🦳；而BIN2的功能缺失突變體bin2-3 bil1 bil2（BIN2與兩個與之功能冗余的基因同時缺失的三突變體）導致FG2期之後大液泡形成異常👨‍👩‍👧‍👧；兩者都使雌配子體發育異常，表明BIN2活性增加或降低都會影響雌配子體中的大液泡正常形成，進而影響雌配子體的發育🛤。轉錄水平和蛋白水平檢測都顯示BIN2在雌配子體中表達，並與小囊泡狀結構的標記蛋白部分共定位，推測BIN2可能定位在小囊泡狀結構上🧖🏻，參與雌配子體中大液泡的形成。

圖1.BIN2影響雌配子體中液泡形成以及雌配子體發育

接著作者通過生化實驗證明BIN2與VLG蛋白互作，VLG的蛋白豐度在bin2-1中顯著提高，在bin2-3 bil1 bil2中顯著降低。進一步研究表明BIN2能夠穩定VLG蛋白🤟🏽，使其免受26S蛋白酶體降解。遺傳實驗表明在bin2-1中特異敲低VLG抑製大液泡在FG1期提前形成，在野生型中特異過表達VLG可誘導大液泡在FG1期提前形成，在bin2-3 bil1 bil2三突中表達ProVLG：VLG-GFP能夠部分回復雌配子體發育缺陷的表型，表明VLG處於BIN2下遊🏋🏼‍♂️👙，並且BIN2通過VLG調控大液泡形成和雌配子體發育。蛋白結構預測以及質譜分析發現VLG蛋白序列上具有可被BIN2磷酸化的潛在位點🎿，暗示BIN2可通過磷酸化穩定VLG蛋白🧘。模擬去磷酸化作用的點突VLG產生與VLG缺失突變體類似的表型➜，模擬持續磷酸化作用的點突VLG和特異過表達VLG產生BIN2活性增加的表型👩🏻‍🦰🐎，進一步證明BIN2通過磷酸化穩定VLG、調控雌配子體中大液泡的時空形成、進而影響雌配子體發育🪺🏇🏿。

圖2.BIN2-VLG模塊調控大液泡形成和雌配子體發育的工作模式圖

綜上，在野生型擬南芥的雌配子體中，VLG蛋白的合成和降解處於穩態🕉，大液泡在正確的發育時期和位置形成🌾💫，保障雌配子體正常發育；BIN2活性增加促進VLG蛋白穩定，使其豐度提高，觸發大液泡在FG1期提前形成；BIN2活性缺失導致VLG蛋白穩定性下降🖕🏽，使其豐度降低🚡，影響FG2期之後大液泡的形成🦸🏿‍♂️🚻，這兩種情況均導致雌配子體發育停滯、核降解以及雌配子體敗育。由此可知，BIN2-VLG模塊介導的雌配子體中大液泡的正確時空形成對雌配子體發育至關重要💁🏼。

值得一提的是⬆️，林文慧研究組此前發表在Frontiers in Plant Science上的研究論文“Tonoplast Proton Pumps Regulates Nuclear Spacing in Female Gametophytes Via Polar Auxin Transport”顯示👸🏻，擬南芥液泡膜質子泵缺失造成雌配子體中的中央細胞核與卵細胞核間距增加（中央細胞核與珠孔的距離增大）𓀌🏇🏽，胚乳發育遲緩🙋🏽，部分種子敗育，推測突變體中央細胞核定位異常與中央細胞大液泡形成有關；進一步研究發現液泡膜質子泵突變體的雌配子體中生長素信號下降，回補生長素能回復突變體中央細胞核與卵細胞核間距增大的表型🧘🏼🦥。液泡膜質子泵-生長素-雌配子體發育三者的相關性值得進一步研究。EON体育4平台博士生姜雨彤、EON体育4致遠EON4本科生鄭霽軒為該論文第一作者，EON体育4平台研究員林文慧為論文通訊作者，日本東京傳藝大學Ali Ferjani教授參與了研究工作。上述兩項工作都表明液泡與液泡膜蛋白是雌配子體發育的關鍵調控因子，研究液泡相關的雌配子體發育調控機製以及液泡相關機製與其他已知機製特別是激素調控機製之間的關聯具有重要意義🚎。

復旦大學生命科EON4王應祥教授和EON体育4農業與生物EON4薛紅衛教授參與了研究工作🌊。此項工作獲得了國家自然科學基金以及上海市現代種業協同創新中心的項目資助。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1093/plcell/koad007