花粉管向胚珠方向生长的控制机理

被子植物的受精过程复杂而精细,包括柱头识别、花粉管萌发、花粉管穿过花柱、花粉管进入珠柄和胚囊、释放精子等过程。花粉管准确定位于胚珠,从珠孔进入胚囊对于受精过程的完成具有重要意义。本文主要介绍雌配子体在花粉管向胚珠生长过程中导向机理。     

黄檗(芸香科)的珠孔塞和珠孔的形态发育及花粉管在子房室中的生长路径

利用扫描电子显微镜术和光学显微镜术研究了黄檗(Phellodendron amurense Rupr.)的珠孔塞和珠孔的形态发育和花粉管在雌蕊中的路径.黄檗胚珠的珠孔塞起源于珠柄.随着胚珠生长,珠孔塞逐渐增大,胚珠成熟时珠孔塞变得相当大并紧密地覆盖在珠孔上.当雌花进入可传粉期时,珠孔塞的形态发生很大变化,其表面细胞径向延伸,形成柱形、半乳突或乳突细胞.受精后,珠孔塞体积变小并逐步退化.花粉管在子房室中并非一定经过珠孔塞结构.花粉管是否经过珠孔塞取决于它们进入子房室的位置.我们不支持先前研究者关于珠孔塞主要充当对花粉管生长的机械作用的观点.我们对黄檗胚珠的珠孔的形态发育研究显示,在不同的生殖时期,珠孔的结构会发生变化,在传粉时期它的结构显示不对称性.黄檗珠孔塞和珠孔的发育与雌配子体发育存在密切关系.     

极小种群野生植物崖柏的生殖物候、传粉及胚胎发育研究

以濒危植物崖柏（Thuja sutchuenensis Franch.）为对象,对其生殖物候、传粉机制进行观察,并采用石蜡切片法对其胚胎发育过程进行研究。结果显示：崖柏于8月分化出大、小孢子叶球,次年3月传粉,为花粉无气囊、具传粉滴、胚珠直立型传粉机制,球果于10月开裂;显微观察发现,传粉期花粉进入珠孔后,贮藏在珠心上方的贮粉室内,同时珠心组织中分化出孢原细胞,进入雌配子体发育阶段,5月中旬,花粉管开始萌发,6月初完成受精,进入胚胎发育阶段,10月初,胚胎发育成熟。研究表明崖柏从大、小孢子叶球形成至种子成熟的整个发育过程中均存在败育,而胚珠败育及雌配子体游离核时期至幼胚发育期间的败育是其生殖障碍的主要原因。本研究获得了崖柏生殖生物学的基础资料,为其人工繁育和制定保护策略提供了重要依据。     

极小种群野生植物崖柏的生殖物候、传粉及胚胎发育研究

以濒危植物崖柏(Thuja sutchuenensis Franch.)为对象,对其生殖物候、传粉机制进行观察,并采用石蜡切片法对其胚胎发育过程进行研究。结果显示:崖柏于8月分化出大、小孢子叶球,次年3月传粉,为花粉无气囊、具传粉滴、胚珠直立型传粉机制,球果于10月开裂;显微观察发现,传粉期花粉进入珠孔后,贮藏在珠心上方的贮粉室内,同时珠心组织中分化出孢原细胞,进入雌配子体发育阶段,5月中旬,花粉管开始萌发,6月初完成受精,进入胚胎发育阶段,10月初,胚胎发育成熟。研究表明崖柏从大、小孢子叶球形成至种子成熟的整个发育过程中均存在败育,而胚珠败育及雌配子体游离核时期至幼胚发育期间的败育是其生殖障碍的主要原因。本研究获得了崖柏生殖生物学的基础资料,为其人工繁育和制定保护策略提供了重要依据。     

类伸展蛋白OsPEX1对水稻花粉育性的影响

类伸展蛋白(Leucine-Rich Repeats Extensins,LRX)是一类细胞壁嵌合蛋白,其N端包含一个LRR(leucine-rich repeats)结构域,C端含Extensins结构域。研究表明,LRX基因家族在拟南芥(Arabidopsis thaliana)花粉萌发和花粉管生长过程中具有重要作用,而水稻(Oryza sativa L.)LRX基因家族是否在调控花粉发育方面具有保守的生物学功能尚不清楚。本研究首先进行了生物信息学分析,结果显示,水稻LRX基因家族包括8个成员,OsPEX3、OsLRX3、OsLRX5位于水稻第1号染色体;OsLRX1、OsLRX3、OsLRX2、OsPEX1和OsPEX2分别位于第2、第5、第6、第11和第12号染色体,其中OsPEX1基因在花粉中高表达,暗示OsPEX1可能参与了花粉发育调控。为此,本研究采用RNAi技术进一步研究了OsPEX1基因对花粉发育的影响。结果表明,OsPEX1基因的RNAi转基因植株花粉败育,结实率仅为10%-30%。qRT-PCR分析显示,这些RNAi转基因植株OsPEX1基因表达量显著低于野生型,而且其表达量越低花粉育性亦随之降低。上述研究结果表明,水稻OsPEX1基因是水稻花粉发育的重要基因,该基因的克隆和功能分析有助于进一步阐明水稻花粉发育调控的分子遗传学机制。     

TPLATE复合体亚基TML调控拟南芥花粉发育的研究

网格蛋白介导的内吞作用参与调控花粉管的生长,但研究人员对其在花粉发育过程中的作用了解较少。TML是拟南芥TPLATE复合体的亚基,参与网格蛋白介导的内吞。该文利用CRISPR/Cas9技术创制了拟南芥TML的突变体tml-3,发现tml-3突变体的花粉形态异常且不能萌发。拟南芥花发育的11时期,花粉中能够检测到TML的表达, TML-YFP信号从花发育的12时期开始定位在花粉的质膜上。随着花粉的发育, TML表达水平逐渐升高,同时, tml-3突变体中败育花粉的比例也随花粉发育的进程逐渐升高。与野生型相比, tml-3花粉中的胼胝质、果胶质、纤维素的含量和分布均存在异常。推测在拟南芥花粉发育过程中, TML参与的内吞作用调控花粉胼胝质、果胶质及纤维素等多聚糖的积累。     

《Molecular Plant》文章中文摘要

拟南芥配子体发育相关的减数分裂和有丝分裂细胞周期突变体（综述）;基于S-核酸酶的自交不亲合的生化模型（综述）;GEX3,在拟南芥雄配子体和卯细胞中表达,对于珠孔花粉管定向生长非常重要同时在胚胎早期发育中起作用;绒毡层降解阻滞对水稻花粉发育过程中的脂肪代谢和基因调控很关键;拟南芥双受精涉及阻断卯细胞的多精受精而非中央细胞……     

小叶杨与美杨种间杂交的胚胎发育和杂种胚珠的离体培养

1.观察了小叶杨(Populus simonii Carr.)和美杨(Populus pyramidalis Borkh.)人工杂交后从花粉粒萌发至胚分化完成的发育过程:1.大多数美杨花粉粒可以在小叶杨的柱头上萌发长出花粉管,花粉管在花柱中正常地生长并通过珠孔进入胚囊,于授粉后4—7天发生双受精作用,形成初生胚乳核和合子。胚乳的发育正常或不正常,后者表现为在游离核阶段的败育或胚乳细胞发育不良。胚在各个发育阶段尤其是球形胚和心形胚阶段,都可能败育,也可以正常发育成为分化完全的有效胚。2.将授粉后19天、22天、26天和29天含有不同发育阶段(心形期、鱼雷期、子叶伸长期)未成熟的杂种胚珠接种于人工培养基上,结果表明:1.M110培养基(1/2 MS+IAA 0.01毫克/升+BA 0.1毫克/升+蔗糖2%)是选用培养基中效果最好的;2.不同发育阶段杂种胚的胚珠可以离体培养成生长正常的小植株。     

钙调素依赖型蛋白激酶在植物开花调控中的作用

钙调素依赖型蛋白激酶已被证明在诸多信号传导过程中起重要作用.研究了这一类激酶在植物开花调控中的可能作用.将分离自玉米的钙调素依赖型蛋白激酶(maize calmodulin-dependent protein kinase 1,MCK1),经过基因羧基末端(此羧基末端含有该基因的钙调素结合区)缺失突变成为MCKt,该基因的表达不再受钙调素的调控,通过农杆菌转化法获得转基因烟草植株.结果表明,MCKt的表达显著影响烟草的开花发育程序, 导致植物主枝的花原基败育以及侧枝营养生长期的延长.败育过程首先开始于正在发育的花药,然后是整个花的衰老.侧芽营养生长期的延长表征为产生成簇的伸长、窄小而扭曲的非典型叶片.这些结果显示,钙调素依赖型蛋白激酶同源物在开花调控中起着重要作用.     

黄檗（芸香科）的珠孔塞和珠孔的形态发育及花粉管在子房室中的生长路径

利用扫描电子显微镜术和光学显微镜术研究了黄檗(Phellodendron　amurense　Rupr.)的珠孔塞和珠孔的形态发育和花粉管在雌蕊中的路径。黄檗胚珠的珠孔塞起源于珠柄。随着胚珠生长,珠孔塞逐渐增大,胚珠成熟时珠孔塞变得相当大并紧密地覆盖在珠孔上。当雌花进入可传粉期时,珠孔塞的形态发生很大变化,其表面细胞径向延伸,形成柱形、半乳突或乳突细胞。受精后,珠孔塞体积变小并逐步退化。花粉管在子房室中并非一定经过珠孔塞结构。花粉管是否经过珠孔塞取决于它们进入子房室的位置。我们不支持先前研究者关于珠孔塞主要充当对花粉管生长的机械作用的观点。我们对黄檗胚珠的珠孔的形态发育研究显示,在不同的生殖时期,珠孔的结构会发生变化,在传粉时期它的结构显示不对称性。黄檗珠孔塞和珠孔的发育与雌配子体发育存在密切关系。     

Arabinogalactan proteins 6 and 11 are required for stamen and pollen function in Arabidopsis

Successful male reproductive function in plants is dependent on the correct development and functioning of stamens and pollen. AGP6 and AGP11 are two homologous Arabidopsis genes encoding cell wall-associated arabinogalactan glycoproteins (AGPs). Both genes were found to be specifically expressed in stamens, pollen grains and pollen tubes, suggesting that these genes may play a role in male organ development and function. RNAi lines with reduced AGP6 and AGP11 expression were generated. These, together with lines harboring point mutations in the coding region of AGP6, were used to show that loss of function in AGP6 and AGP11 led to reduced fertility, at least partly as a result of inhibition of pollen tube growth. Our results also suggest that AGP6 and AGP11 play an additional role in the release of pollen grains from the mature anther. Thus, our study demonstrates the involvement of specific AGPs in pollen tube growth and stamen function.     

NtGNL1 is involved in embryonic cell division patterning, root elongation, and pollen tube growth in tobacco

The function of the ARF-GEF family has drawn great attention recently, especially GNOM and GNL1, owing to their important role in plant development. A homolog of GBF was identified in Nicotiana tabacum, named NtGNL1, which is ubiquitously expressed throughout the tobacco life cycle. In NtGNL1 RNAi plants, irregular orientation of cell division and asynchronous cell development during early embryogenesis disrupted the symmetry of the developing embryo. In addition, root growth in transgenic lines was significantly slower than that in wild-type plants, although the structure of the root tip was largely intact. Pollen germination and pollen tube growth were also inhibited in the transgenic lines, and the tip of the pollen tube presented various aberrant morphologies in one of the transgenic lines. The phenotypes of different NtGNL1 RNAi transgenic lines suggest that the NtGNL1 is likely to be involved not only in embryogenesis and postembryonic development, but also in sexual reproduction; thus, NtGNL1 may play multiple and critical roles in plant development.     

NtGNL1基因通过调控囊泡运输影响烟草根毛的极性生长

极性生长是植物生长发育中的常见现象,但囊泡运输与极性生长的关系还未完全明确。花粉管和根毛是植物细胞极性生长的典型模式。早期研究显示NtGNL1(Nicotiana tabacum GNOM-LIKE 1)通过调节囊泡的后高尔基体转运来影响烟草的花粉管生长。本文以NtGNL1 RNAi转基因植株为材料,研究NtGNL1基因在根毛生长中的作用。结果表明,NtGNL1 RNAi转基因植株的根毛生长明显滞后于野生型,且其根毛出现膨大、弯折、扭曲等形态,与NtGNL1 RNAi转基因植株的花粉管异常形态类似。q RT-PCR检测RNAi转基因株系根毛中PIN1、PIN2、GL2、ROP6、RHD6基因的m RNA表达量,显示PIN2和GL2的表达量显著下调,PIN1、ROP6和RHD6的表达量变化不明显。FM4-64染色表明烟草根表皮细胞和根毛的囊泡分布都受到影响,即NtGNL1基因也影响根毛中的囊泡运输。BFA处理加剧了囊泡的聚集程度,提示根毛尖端还存在其它对BFA敏感并调控囊泡运输的基因。以上证据显示,NtGNL1基因通过囊泡运输途径影响烟草根毛的极性生长,NtGNL1基因的表达下调也影响了PIN2和GL2的表达,从而间接影响根毛的极性生长。     

毛竹MYB转录因子PeMYB2的克隆与功能分析

MYB类转录因子在调控逆境应答基因的表达起着重要的作用, 是最大的植物转录因子之一。文章通过同源基因克隆方法和RACE(Rapid-amplification of cDNA ends)技术, 以毛竹幼苗为材料, 获得一个MYB类转录因子, 命名PeMYB2。氨基酸序列分析表明, PeMYB2具有典型的R2R3-MYB特征, N端含有两个串联重复保守结构域, C端含有一个膜蛋白DUF3651; 进化树分析表明, PeMYB2与水稻OsMYB18序列相似性最高, 达到85.98%; 酵母单杂实验表明, PeMYB2具有转录激活功能。将PeMYB2转化拟南芥对其功能进行分析, 获得7株转基因纯合体植株。比较转基因和野生型拟南芥表型发现, PeMYB2的过量表达使转基因拟南芥出现矮化、晚花的现象; 非生物胁迫处理(盐胁迫、干旱胁迫、低温胁迫)结果表明, 转基因拟南芥中PeMYB2的过量表达, 导致转基因植株对盐胁迫和低温胁迫有更高的耐性, 但是对低温胁迫的耐受性没有明显的变化; 进一步通过盐胁迫信号通路相关Marker基因(NXH1、SOS1、RD29A、COR15A)的定量PCR实验验证, 发现PeMYB2对下游这些抗逆基因的表达具有调控作用。上述实验结果表明, 毛竹PeMYB2可参与非生物胁迫调控, 对毛竹盐胁迫和低温胁迫的响应起着重要的作用。     

人工microRNAs对拟南芥At1g13770和At2g23470基因的特异沉默

DUF647(Domain of unknown function 647)蛋白家族是在真核生物中广泛存在的、高度保守的蛋白家族。拟南芥中该基因家族共有6个成员,迄今为止拟南芥DUF647家族中4个成员的功能尚不清楚。文章以拟南芥内源MIR319a前体为骨架,构建了敲减DUF647家族中2个基因At1g13770和At2g23470表达的人工microRNAs(Artifical microRNAs,amiRNAs)。利用WMD(Web microRNA designer)平台设计分别靶向At1g13770和At2g23470基因的amiRNAs序列,通过重叠PCR置换拟南芥MIR319a前体序列。构建融合amiRNAs前体的植物表达载体pCHF3-amiRNAs,在农杆菌介导下转化拟南芥。RT-PCR分析表明,amiRNAs能够显著抑制At1g13770和At2g23470基因的表达,获得了抑制效果明显的转基因株系。At2g23470-amiRNA转基因植株At2g23470转录水平的下调导致育性严重下降。文章为进一步研究这两个基因的功能奠定了良好的基础。