《Journal of Plant Research》：Genetic defects in the CDP-choline pathway for phosphatidylcholine biosynthesis cannot be transmitted to offspring via male gametophytes owing to interruption of autophagy-like processes required for pollen germination in Arabidopsis thaliana
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本研究揭示了拟南芥CDP-胆碱途径关键基因CCT1/CCT2双突变导致花粉萌发失败的新机制。通过显微观察发现突变花粉出现脂质体异常膨大、自噬体形成障碍等现象，证明磷脂酰胆碱短缺会中断花粉萌发必需的自噬过程，从而阻止有害突变通过雄配子体向后代传播。该发现为植物生殖发育质量控制提供了新视角。
在植物有性生殖过程中，如何阻止有害基因突变向子代传递是维持种群健康的关键科学问题。拟南芥作为模式植物，其磷脂酰胆碱（Phosphatidylcholine, PC）生物合成主要依赖CTP:磷酸胆碱胞苷酰转移酶（CCT）催化的CDP-胆碱途径。当编码该酶的CCT1和CCT2基因同时发生突变时，会导致PC合成严重受损，但这类致命突变如何被清除的机制尚未明确。
研究人员通过构建cct1-3 cct2-5双突变体，发现其花粉虽然能完成减数分裂和有丝分裂，形成正常的三细胞结构，却完全丧失萌发能力。透射电镜超微结构分析显示，突变花粉出现脂质体（LB）尺寸异常膨大、自噬体样结构（PVB）包裹未消化细胞成分等独特现象。尤其值得注意的是，这些自噬体样结构存在膜闭合不全的缺陷，表明PC短缺会破坏自噬过程必需的膜结构完整性。
为验证突变传递规律，团队进行正反交实验。当以cct1-3 cct2-5/CCT2杂合植株作为父本时，后代完全检测不到双突变基因型；而作为母本时，却有部分双突变子代存活。这种不对称传递现象揭示：植物通过严格阻断PC合成缺陷型花粉的萌发，防止有害突变扩散，但雌配子体存在一定的突变耐受性，可能为背景基因组修复留有机会。
关键技术方法包括：利用qrt1-1背景实现花粉四分子观察，通过亚历山大染色评估花粉活力，体外萌发实验结合透射电镜（TEM）分析超微结构，采用DAPI染色追踪细胞核发育，并构建花粉特异性启动子ACA9pro驱动的CCT1回补载体验证基因功能。
超微结构异常揭示自噬受阻
野生型花粉萌发前会形成大量小液泡（vSV），通过融合形成具有降解功能的小液泡体（SVB）。而双突变花粉中，vSV和SVB数量显著减少，未消化的颗粒状结构（SGS）被包裹在膜结构不完整的自噬体样结构中，说明自噬流被中断。
脂质代谢紊乱与膜结构缺陷
突变花粉中可见直径超过5μm的巨型脂质体，其表面磷脂单层膜呈现不连续电子密度。这种异常与PC短缺导致的膜脂组成失衡直接相关，可能影响自噬体膜的弯曲和闭合。
雌雄配子体差异调控机制
研究首次发现雌配子体对PC合成缺陷具有更高容错率。胚胎发育过程中，母本来源的CCT2基因部分补偿了突变缺陷，而花粉发育仅依赖单倍体基因组，使雄配子体对PC短缺更敏感。
该研究阐明植物通过调控花粉萌发必需的自噬过程，实现有害突变的早期清除。这一质量控制机制既防止了致命突变扩散，又通过雌配子体的有限耐受性保留基因组多样性。研究成果为作物雄性不育系选育和生殖障碍性疾病研究提供了新思路，2025年2月正式发表于《Journal of Plant Research》。
