Heat Stress Inhibits Pollen Development by Degrading mRNA Capping Enzyme ARCP1 and ARCP2

花粉 发芽 花粉管 生物 突变体 转录组 拟南芥 配子 核糖核酸 基因 细胞生物学 信使核糖核酸 基因表达 植物 生物化学 授粉 精子
作者
Kexin Ning,Xuezhi Li,Jin Yan,Junjie Liu,Zhihua Gao,Wenqiang Tang,Yu Sun
出处
期刊:Plant Cell and Environment [Wiley]
被引量:3
标识
DOI:10.1111/pce.15178
摘要

ABSTRACT Pollen development and germination are critical for successful generation of offspring in plants, yet they are highly susceptible to heat stress (HS). However, the molecular mechanism underlying this process has not been fully elucidated. In this study, we highlight the essential roles of two mRNA capping enzymes, named Arabidopsis mRNA capping phosphatase (ARCP) 1 and 2, in regulating male and female gamete development. The transmission efficiencies of gametes carrying arcp1 arcp2 from arcp1 +/− arcp2 −/− and arcp1 −/− arcp2 +/− mutants are 30% and zero, respectively. These mutants exhibited a significant increase in misshaped pollen, with germination rates approximately half of those in wild type. ARCP1/2 exhibit RNA triphosphatase and RNA guanylyltransferase activities, which are required for proper pollen development. Through RNA‐seq analysis, genes involved in pollen development/germination and HS response were identified as downregulated genes in pollen from arcp1 +/− arcp2 −/− mutant. Furthermore, ARCP2 protein is degraded under HS condition, and inducing the expression of ARCP2 can increase the pollen germination rate under elevated temperature. We propose that HS triggers the degradation of mRNA capping enzymes, which in turn disrupts the transcriptome that required for pollen development and pollen germination and ultimately leads to male sterility.
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