花粉发育是种子植物完成有性生殖及世代交替的重要环节，在农业生产上，与农作物种子的产量、质量密切相关。花粉发育步骤多、历时长，对环境胁迫非常敏感。在环境胁迫中，温度是影响花粉发育的一个主要因子。白菜等十字花科蔬菜作物在早春开花期常遭遇低温影响，引起花粉败育，从而影响其种子产量和质量。揭示低温如何影响花粉发育，花粉如何响应低温胁迫，从理论上深入理解花粉发育这一植物基本生命现象，对于农作物繁种制种，提高种子产量，保证种子质量等具有重要意义。

     尽管近年的研究揭示了低温可能会通过影响减数分裂胞质分裂、花药绒毡层程序性细胞死亡、花粉壁构建或糖代谢等过程诱导不同物种的花粉败育的现象，但其中的原因并不清楚。

     近日，我所黄鹂教授团队联合温州大学生命与环境科学学院林苏娥副研究员在国际知名期刊Plant Physiology上发表了题为Tetrad stage transient cold stress skews auxin-mediated energy metabolism balance in Chinese cabbage pollen的研究论文，揭示了白菜作物花粉在四分体发育时期遭受低温胁迫引起花粉育性降低的一个主要原因是低温导致花粉中的生长素水平降低，由此介导的淀粉相关能量代谢失衡。这一发现对低温胁迫如何影响花粉发育的认识又深入了一步。

      该研究首先通过在开花期对白菜植株进行不同程度的低温处理，发现白菜花粉在各个发育时期遭受短暂低温均会导致花粉功能异常，但四分体时期对低温胁迫最为敏感。通过细胞学、组织化学、代谢组学和转录组学联合分析，进一步观察到低温胁迫引起花粉中活性氧异常积累、生长素水平改变和淀粉相关能量代谢失衡，最终导致花粉萌发异常、结籽率降低。经构建DR5::GUS转基因植株，结合组织染色和代谢组学分析，证实了低温引起发育中的花粉生长素水平降低的现象。通过外源生长素处理，以及构建生长素合成相关基因YUC6功能缺失的转基因植株，进一步验证了花粉发育过程生长素介导的淀粉积累对于白菜花粉抵抗低温胁迫的重要性。这些研究揭示了白菜花粉发育四分体时期遭受低温引起育性降低的主要原因，并发现了生长素在花粉抵抗低温中的重要性。该研究为充分认识低温影响植物雄性育性的内在机制，从而为精准制定低温胁迫应对技术措施，提高农作物种子产量和质量等提供了理论基础。

低温诱导白菜花粉育性降低的机制

      浙江大学/浙江大学海南研究院博士研究生刘丹丹为本论文第一作者，浙江大学/浙江大学海南研究院黄鹂教授和温州大学林苏娥副研究员为论文共同通讯作者，浙江大学曹家树教授、杭州师范大学赵晓枫副教授及董衡博士对该研究提供了指导和帮助，杭州师范大学陈微微副教授和浙江大学杨建立教授参与了该项工作。该研究得到了国家自然科学基金、海南省自然科学基金联合项目和浙江省科技重大专项等项目支持。