2019年9月26日，Current Biology 雜誌在線發表了來自北京大學生命科學院/北大-清華生命科學聯合中心瞿禮嘉課題組題為LLG2/3 are co-receptors in BUPS/ANX-RALF signaling to regulate Arabidopsis pollen tube integrity 的研究論文，揭示了擬南芥中兩個糖基化磷脂醯肌醇錨定蛋白 (GPI-AP) LLG2和LLG3作為RALF4/19-BUPS/ANX受體複合體的共受體，調控花粉管細胞的破裂。
在被子植物的有性生殖過程中，花粉管是精細胞的運輸載體，它經歷與雌方多種組織和細胞的相互作用，最終將精細胞送至雌配子體進行雙受精。因此，花粉管的細胞完整性對精細胞的順利傳送至關重要，即花粉管既要在極性生長過程中保持一定的細胞完整性，防止精細胞提前釋放，又要在胚珠中及時破裂，為雙受精進一步進行準備。瞿禮嘉課題組2017年的工作發現，花粉管細胞完整性的維持及破裂過程主要受RALF4/19/34-BUPS/ANX信號複合體調控。他們發現花粉管特異表達的BUPS1/2受體通過與同屬CrRLK1L (Catharanthus roseus receptor-like kinase) 受體家族的ANX1/2受體形成受體複合體，通過識別花粉管自分泌的快速鹼化因子 (Rapid ALkalinization Factor, RALF) 家族成員RALF4/19小肽維持花粉管的細胞完整性，而通過識別胚珠分泌的RALF34小肽控制使得花粉管破裂並釋放精細胞 (Ge et al., Science, 2017) 。
已有的研究發現，GPI-AP蛋白LRE和LLG1可以作為分子伴侶參與FER受體所介導的信號途徑，而FER受體與BUPS1/2和ANX1/2一樣同屬CrRLK1L受體家族(Tsukamoto et al., Plant Journal, 2010; Li et al., eLife, 2015)。為了鑑定參與花粉管細胞完整性調控的其他因子，瞿禮嘉課題組在系統地分析了擬南芥中的GPI-AP基因之後，發現了兩個與LRE/LLG1相似、其相互之間序列又非常相似的GPI-AP基因LLG2和LLG3，這兩個基因在花粉中大量表達。隨後他們採用CRISPR/Cas9基因敲除技術將這兩個基因敲除，獲得了llg2 llg3雙突變體。llg2 llg3雙突變體存在嚴重敗育的表型，雄配子體傳遞率幾乎為零；重要的是，體外萌發的llg2 llg3突變體花粉管提前發生破裂。這一系列表型與anx1 anx2、bups1 bups2和ralf4 ralf19等相關突變體的表型非常相似，暗示著LLG2/3可能參與了RALF4/19-BUPS/ANX信號複合體所介導的信號通路。
Loss of LLG2/3 Contributes to Defects in Pollen Tube Integrity
之後，通過一系列生物化學實驗，他們發現LLG2/3不僅可以直接結合RALF4/19小肽，還可以與BUPS1/2和ANX1/2受體的胞外域直接相互作用。更為有趣的是，當在體外pull-down實驗體系中加入RALF4/19小肽時，可以顯著加強LLG2/3與BUPS1/2、ANX1/2受體胞外域之間的相互作用。同時，他們還通過蛋白截短實驗找到了LLG2/3、RALF4/19和BUPS1/2以及ANX1/2中負責相互作用和活性控制的區域。這些發現提供了直接證據，證明LLG2/3可能作為共受體參與BUPS/ANX受體複合體識別RALF4/19小肽過程。因此，LLG2/3共受體的發現完善了RALF4/19-BUPS/ANX複合體維持花粉管細胞完整性的分子機理，也進一步加深了我們對植物受精過程中信號交流的理解與認識。
值得一提的是，由於瞿禮嘉課題組在擬南芥花粉管細胞完整性調控機理研究中取得了一系列的重要成果，近期他們已受邀為 New Phytologist (Tansley Insights) 撰寫綜述論文 (Ge, et al., New Phytologist, 2019)。
北京大學生命科學院瞿禮嘉教授為該論文的通訊作者，他實驗室的博士後葛增祥博士、北大-清華聯合生命中心2016級博士研究生趙玉玲為該論文的共同第一作者；麻薩諸塞大學安姆斯特分校Alice Y. Cheung教授和Hen-Ming Wu教授、德國雷根斯堡大學Thomas Dresselhaus教授、美國Rutgers大學董娟博士、北京大學生命科學院顧紅雅教授和肖俊宇研究員等也參與了其中部分工作。該研究工作得到了國家自然科學基金重點項目、中國博士後基金和北大-清華聯合生命中心的資助。
https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(19)31081-4