传粉是开花植物有性生殖过程的关键环节。成熟花粉落在柱头表面,经历粘附、水合、萌发等过程并长出花粉管。花粉管穿过柱头和花柱生长,到达子房,完成双受精过程。花粉和柱头互作对植物传粉识别是至关重要的。其中,花粉水合是一个决定花粉在柱头表面萌发的关键步骤。植物非酵解型蔗糖激酶1复合体(Sucrose Nonfermenting Related Protein Kinase 1 complex,Sn RK1 complex)是糖信号转导过程中的关键调控因子,主要参与了代谢、激素和发育信号的转导。Sn RK1 complex包括一个催化亚基α和两个调控亚基β、γ/βγ。KINβγ是植物Sn RK1 complex特有的亚基,优先在拟南芥花粉的营养细胞中表达。kinβγ/+突变体花粉内部活性氧水平降低,突变体花粉在野生型柱头表面水合异常。研究结果表明KINβγ参与调控花粉内的活性氧水平,以及花粉在柱头表面的水合过程。为了进一步验证活性氧是否参与调控花粉在柱头表面的水合,我们构建了在花粉内过表达拟南芥过氧化氢酶基因CATALASE 3(CAT3)的载体并转化拟南芥。q RT-PCR检测到转基因株系花粉中CAT3表达上升,花粉粒内部活性氧水平有不同程度的降低。进一步观察发现CAT3过表达株系的花粉在柱头表面的水合受到抑制。FISSION1A(FIS1A)是一种线粒体和过氧化物酶体定位的蛋白,对两种细胞器分裂是必需的。fis1A突变体花粉的活性氧水平与野生型相比显著降低;将突变体的花粉授到野生型柱头上5min后,发现部分花粉不能水合。进一步表明花粉内的活性氧水平介导花粉在柱头表面的水合。为了进一步研究kinβγ突变体花粉不能在柱头表面水合的原因,我们通过RNA-seq分析了kinβγ突变体花粉的基因表达,鉴定出213个上调的基因和146个下调的基因。为了鉴定KINβγ参与调控基因表达的关键DNA序列,我们分析了kinβγ-2/+中下调和上调基因的启动子区域(距离转录起始位点上游1000 bp)。我们发现这些基因的启动子富含WRKY转录因子优先结合序列W-box元件TTGAC(C/T)。SPIK是定位在质膜上的K~+通道并在K~+跨膜运输中起作用。RNA-seq数据显示在kinβγ花粉中内流K~+通道Shaker Pollen Inward K~+channel(SPIK)的表达下调。考虑到K~+在渗透调节中起重要作用,我们推测SPIK可能参与KINβγ调节花粉的水合。我们观察了拟南芥SPIK的一个突变体spik-1花粉的水合情况。在花粉萌发培养基上,spik-1花粉的水合与野生型无明显差别。但是突变体花粉在野生型柱头表面的水合出现异常。为了验证kinβγ花粉中K~+转运是否受到影响,我们测定了野生型与kinβγ-1/+以及kinβγ-2/+花粉粒的钾含量,发现kinβγ突变体花粉中钾含量明显降低。这些结果表明,除了活性氧之外,拟南芥Sn RK1 complex调节SPIK的表达参与调控花粉在柱头表面的水合。