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学术进展2021年4月7日，张根发教授课题组在Journal of Plant Physiology（IF：3.013）上发表题为“AtENO2 functions in the development of male gametophytes in Arabidopsis thaliana”的研究性文章。抗性基因资源与分子发育北京市重点实验室的博士生马小凤为第一作者，张根发教授为通讯作者，抗性基因资源与分子发育北京市重点实验室为第一完成单位。
植物的双受精过程是直接影响植物结实率和种子产量的重要生物学过程，良好的花粉育性是保障植物结实率和种子产量的重要因素。研究发现，拟南芥烯醇化酶基因ENO2（AtENO2）在花粉形态、萌发和花粉管生长过程中具有重要功能。AtENO2能够编码AtENO2和AtMBP-1两种蛋白，为了研究AtENO2蛋白在拟南芥花粉发育中的功能，通过定点突变将AtENO2编码序列中的第2个ATG（编码AtMBP-1的起始密码子ATG）进行了突变，获得了只表达AtENO2而不表达AtMBP-1的回补转基因植株。分析AtENO2在花粉发育中的功能，发现AtENO2能够影响拟南芥花粉内壁的发育，进一步分析发现，AtENO2的缺失能够导致花粉中果胶甲酯酶PME的活性降低，并使得一个果胶甲酯酶抑制因子基因AtPMEI-pi的表达显著上调，该基因在拟南芥花和角果中特异性表达，且在花粉中的表达量最高。
对AtENO2启动子进行5''''''''端系列截短分析，发现其-734 ~ -573序列是调控花粉发育的功能区域，该序列中的一个顺式作用元件GTGANTG10（GTGA）是多种果胶裂解酶同源基因中调控花粉发育的功能元件。以-734 ~ -573序列为诱饵，通过酵母单杂交实验筛选到5个与花发育相关的转录因子AP2、SAP、KAN、AS2和ARF3，ARF3与果胶甲酯酶PMEs和果胶甲酯酶抑制因子PMEIs的活性相关，因此，本研究对AtENO2在花粉内壁发育过程中的调控网络进行了初步总结。另外，分析转录组数据结果发现，AtENO2的缺失能够引起多个参与花粉外壁形成基因AMS、MS1、ABCG1/26、CYP703A2、CYP704B1、PKSA/B和TKRP1/2等的表达发生显著性变化，说明AtENO2也在花粉外壁发育过程中具有重要作用。本研究有助于进一步了解ENO2的功能，也为探究植物花粉发育的机制提供了新的基因资源和理论依据。
本研究由国家自然科学基金（31872672和31470399）资助！