中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所，植物分子遗传国家重点实验室;上海市枫林路300号，邮编200032
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摘要
    在快速生长的花粉管顶端存在一个从顶端到远端的游离Ca²⁺离子浓度梯度，其形成、维持和调控在花粉管极性生长及其方向调控中发挥着至关重要的作用。大量的实验结果提示，花粉管顶端可能存在一种质膜Ca²⁺通道或离子转运体，通过介导胞外Ca²⁺在花粉管顶端的内流，形成花粉管顶端的胞质自由Ca²⁺浓度梯度，维持花粉管的极性生长。同时花粉管顶端可能存在某种感受器用以感知来自胚珠的引导信号，使其准确无误的到达胚珠，从而实现双受精。其中，花粉管生长方向的调控可能是通过影响花粉管顶端Ca²⁺梯度的对称性实现的。但迄今，花粉管顶端质膜Ca²⁺通道/转运体和胚珠引导信号感受器的编码基因，以及其具体控制花粉管极性生长和方向的分子机理依然不甚清楚。

本研究组获得了一个具有严重雄性不育表型的拟南芥突变体，其产生的种子的数量仅为野生型的5%左右。体外花粉萌发和花粉管培养实验发现，该突变体花粉管感知野生型胚珠引导信号的能力严重缺失，比野生型降低约53 %，表明该基因编码的蛋白在花粉管感知胚珠引导信号方面发挥着关键作用。因此，我们将该基因暂时命名为SGS1(Sensor of Guidance Signal 1)。细胞质自由Ca²⁺动态检测实验结果显示，sgs1突变体花粉顶端游离Ca²⁺梯度不能稳定维持，在低钙条件（2mM）下约有 22 %的sgs1花粉管在花粉管侧面形成一个新的Ca²⁺梯度，导致花粉管发生分叉，且提高培养基中Ca²⁺的浓度（至10mM）可以显著抑制花粉管的分叉表型（分叉比例7.6 %），同时显著促进花粉管的生长速度，表明SGS1在保持花粉管顶端生长优势和抑制花粉管分叉的出现方面发挥重要作用，该作用可能是通过调控胞外Ca²⁺内流和花粉管顶管Ca²⁺梯度的形成和维持来实现的。我们分析了SGS1的基因序列，结果显示SGS1可能具有质膜Ca²⁺通道的功能。SGS1-GFP融合蛋白亚细胞定位和GFP荧光显微观察实验结果显示，SGS1定位于花粉管顶端质膜，且其在花粉管顶端的定位与花粉管的生长保持一致，花粉管生长停滞的同时，花粉管顶端的SGS1-GFP荧光信号减弱直至消失。该结果不仅表明SGS1是一种膜蛋白，而且为花粉管极性生长所必需。总之，我们推测SGS1可能同时具有质膜内向Ca²⁺通道和胚珠引导信号感受器的双重功能，对花粉管顶端游离Ca²⁺梯度的建立、维持和调控起着重要作用，继而控制花粉管生长的速度和方向。