揭示擬南芥花粉表面黃酮苷的積累特異依賴于NPF型轉(zhuǎn)運蛋白（2020.3.12 Plant Biotechnology Journal）

被子植物的雄配子體需要花粉壁的保護。花粉壁通常分為兩層，即外壁和內(nèi)壁。內(nèi)壁的成分主要是果膠纖維素，抗性較差，經(jīng)酸堿處理則分解;而外壁主要成分是孢粉素，抗腐蝕及抗酸堿性能強，所以研究花粉形態(tài)，主要依據(jù)外壁的結(jié)構(gòu)。孢粉素的構(gòu)成主要包括花粉特異性的羥基肉桂酸酰胺（HCAAs）和黃酮苷等代謝物的復(fù)雜混合物。雖然HCAAs和黃酮苷形成的生物合成途徑已有研究報道，但是尚不清楚這些化合物如何轉(zhuǎn)運至花粉表面。

2020年3月10日， The Plant Cell在線發(fā)表了德國萊布尼茨植物生物化學(xué)研究所Thomas Vogt團隊題為“The Tapetal Major Facilitator NPF2.8 is Required for Accumulation of Flavonol Glycosides on the Pollen Surface in Arabidopsis thaliana”的論文，該研究對多種候選轉(zhuǎn)運體進行測試，發(fā)現(xiàn)NPF型轉(zhuǎn)運蛋白家族中一個絨氈層特異性的成員FST1，決定著花粉表面黃酮苷的積累。

AtNPF2.8是NTR/PTR nitrate/peptide轉(zhuǎn)運蛋白家族的成員。黃酮3-O-槐糖苷是花粉壁的成分之一，其特征在于通過β - 1， 2 - 糖苷鍵結(jié)合到擬南芥的花粉表面。對黃酮苷轉(zhuǎn)運蛋白（命名為AtFST1）融合綠色熒光蛋白（GFP）標(biāo)簽的瞬時表達(dá)實驗表明，AtFST1定位于本氏煙草葉片表皮細(xì)胞的質(zhì)膜內(nèi)。然后，通過FST1啟動子驅(qū)動的GFP reporter lines，證實了FST1在絨氈層的特異性表達(dá)。借助微生物攝取測定實驗，利用14C-labeled黃酮苷，分析了體外條件下FST1的活性。最后，在fst1插入突變體中，轉(zhuǎn)入正常的FST1基因，可以恢復(fù)花粉粒中黃酮苷含量至野生型水平，證實了FST1蛋白是花粉特異性黃酮3-O-槐糖苷從絨氈層轉(zhuǎn)運到花粉表面所必需的。

在本研究中，作者還檢測了其他候選的轉(zhuǎn)運蛋白，如花藥特異性ABC轉(zhuǎn)運蛋白和MATE外排載體，結(jié)果表明，這兩種轉(zhuǎn)運蛋白對擬南芥花粉中黃酮苷的積累沒有任何影響。同時，在fst1插入突變體中，黃酮醇槐糖苷的積累急劇減少，但花粉壁中其他物質(zhì)，如HCAAs或其他疏水性脂類化合物的含量均不受影響，而且突變體的絨氈層和花粉粒的顯微結(jié)構(gòu)并無變化，對花粉的萌發(fā)和活力也無顯著影響，表明了FST1蛋白功能的特異性。本研究加深了我們對被子植物生殖組織中類黃酮轉(zhuǎn)運蛋白FST1的進化和多樣化的認(rèn)識。