苔草研究揭示苔藓植物精子释放机制

中国科学院遗传与发育生物学研究所李鸿举教授以苔草（Marchantia polymorpha）为模型，探讨了苔藓植物精子释放的分子机制

有性繁殖对植物的环境适应和进化至关重要。被子植物依靠花粉管生长将不动的精子细胞输送到胚囊进行受精，与此不同，基底地植物苔藓植物中的活动精子被释放到水中，并游向颈卵细胞中的卵细胞。尽管苔藓植物的受精过程引起了许多研究人员的兴趣，但调节精子释放的因素仍然未知

在这项研究中，研究人员使用RNA测序和分析来鉴定四种在马钱蒂亚生殖组织中特异性表达的Mildew Resistance Locus O（MpMLO）蛋白。表达模式分析显示，这些MpMLO仅在含有精子细胞的花药中表达

利用CRISPR/Cas9系统，研究人员产生了无法释放精子的Mpmlo1突变体。亚细胞定位显示，MpMLO1柠檬酸首先定位在花药外层末端的顶端细胞质膜上，导致这些细胞死亡

相反，研究人员发现，Mpmlo1突变体中的顶端细胞在花药成熟后不会发生细胞死亡，甚至在花药老化导致的花药退化后仍会继续扩大

通过将Ca2+传感器R-GECO1引入野生型和Mpmlo1突变体植物，研究人员能够研究花药套细胞中Ca2+的动态变化

他们在爆裂释放精子的顶端细胞中记录到高Ca2+水平，而在未能释放精子的Mpmlo1突变体的顶端细胞，他们发现细胞质Ca2+水平降低

总之，研究人员发现程序性细胞死亡（PCD）是花药马钱蒂精子释放的先决条件。在尖端细胞中表达的MpMLO1增加了这些细胞中的细胞质Ca2+水平并诱导PCD。随后进入花药孔的水将精子粘液输送到花托表面进行进一步受精

这项研究揭示了祖先陆地植物精子排出的分子基础，并强调了MLO-Ca2+信号模块的进化保守性，该模块可以追溯到苔类和开花植物的最后一个共同祖先