客户成就 | 蔡司冷冻体电镜成像赋能植物花粉管顶端囊泡结构的突破性发现

植物受精依赖于对花粉管生长的精确调控，该过程涉及膜动力学与细胞壁膨胀。研究发现，高尔基体衍生的分泌囊泡（GDSV）可通过非常规途径递送NtPPME1，调节细胞壁刚性，但其与膜动力学及信号传导的关联机制尚不清楚。花粉管顶端囊泡在生长过程中聚集并参与调控，但由于传统电镜和光学显微镜的局限，顶端囊泡的性质和功能研究面临挑战。

此次研究中，冷冻聚焦离子束扫描电镜技术（Cryo FIB）起到了至关重要的作用。通过快速冷冻技术，将花粉管样本瞬间定格在接近自然的状态，并且精确定位到感兴趣的花粉管顶端部位，同时最大程度保留了细胞内精细结构的原始形态。

近日，华南农业大学生命科学学院王浩教授团队在《Science Advances》上发表了题为“NtLLG4-mediated unconventional polar exocytosis of NtPPME1 coordinates cell wall rigidity and membrane dynamics to control pollen tube integrity”的研究成果。该研究揭示了非典型极性胞吐途径的生物发生过程，及其关联的细胞壁与细胞膜共同调控花粉管细胞生长和植物受精的分子作用机制。科研团队借助蔡司冷冻聚焦离子束扫描电镜，创新性地实现了烟草花粉管的原位冷冻体电镜成像，首次明确了花粉管顶端存在两类不同类型的微囊泡。研究显示，除了经典直径约130纳米的微囊泡外，能够介导NtPPME1非典型胞吐的外泌微囊泡GDSVs也高度特异性地聚集于花粉管顶端，为揭开植物受精调控的奥秘迈出了坚实一步。

^{▲冷冻体电镜实验流程}

^{▲cryo FIB下观察花粉管顶端超微结构。M：线粒体；V：液泡；ER：内质网；G：高尔基体}

冷冻制样避免了样本在常温制样中受到化学试剂的干扰，从而最大限度地降低囊泡运输和细胞器形态学改变的潜在风险。蔡司冷冻聚焦离子束扫描电镜凭借其出色的电子光学设计，在冷冻环境下有着优异的成像性能，在保存了生物样本的原始结构的同时，为高分辨体电镜成像提供了保证，大幅提升了实验的准确性和时效性。这项研究不仅揭示了植物花粉管生长的核心调控机制，更为冷冻聚焦离子束扫描电镜在生命科学领域的应用提供了典范。它打破了传统电子显微镜的技术局限，让科学家得以 “沉浸式” 观察细胞内的纳米级世界，为未来解析更多生命奥秘开辟了新路径。

华南农业大学生命科学学院王浩教授为通讯作者。华南农业大学生命科学学院翁洵博士为本文的第一作者，已毕业硕士生王昊，已毕业本科生王子恒，陈芷烆，刘传灏以及杨致远也参与了该研究工作。此外，蔡司公司蒋艺丰工程师，香港中文大学高嘉阳博士后和姜里文教授，华南农业大学赵利锋副教授和黄吉雷研究员以及兰州大学张凤教授对本研究提供了支持与帮助。

该研究得到国家自然科学基金委重大研究计划（集成项目和培育项目）和面上项目、广东省自然科学基金项目以及双一流学科提升计划的资助。

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