雌、雄配子体间及雌配子体成员细胞间的通讯

被子植物的双受精是一个复杂而精密的调控过程.成功的受精依赖于配子体的正确发育以及雌配子体与雄配子体间的相互识别.研究表明,雌配子体自身成员细胞间存在广泛的胞间通讯.这种通讯不仅影响不同细胞的发育进程,也决定细胞的发育命运,从而保证雌配子体的正常发育.此外,雌配子体与雄配子体间存在胞间通讯,这种胞间通讯是雌配子体与雄配子体间相互识别的分子基础,精确调控了雄配子体准确进入珠孔、在雌配子体内适时停止伸长、尖端破裂并在特定位置释放精细胞等过程.本文概述了这些方面的最新进展,梳理胞间通讯的途径与信号,并展望了未来雌、雄配子体间及雌配子体成员细胞间通讯的研究方向与可能的应用前景.     

单倍体在海带遗传研究中的应用

几年来从海带的遗传实验中发现海带单倍体(配子体和配子)是遗传研究的良好材料。科研工作从分离单个海带配子体开始,由此得到了雌配子体和雄配子体的无性生殖系、雌性孢子体和雄性孢子体。这些不同来源的配子体和孢子体在性质上都是“纯系”。配子体的无性生殖系寿命可以很长,它们都能保持原来的性别,而且年年可以由此得到孢子体。由于雌性孢子体能产生大量的雌配子体,完成自己的生活史,用雌配子体来分析海带孢子体性状的遗传情况,或用来研究杂种优势和突变,都很适宜。     

中国科学家发现花粉管的“GPS”

正在开花植物的有性生殖过程中,花粉管需要将两个不能自主移动的精子输送到雌配子体及胚囊中.只有不断地接受雌配子体释放的信号,花粉管才能在雌蕊中精确地进行导向性生长,从而完成受精过程.此外,雌雄配子体之间的识别与否也是生殖隔离的决定因素.雌配子体发出什么吸引信号引发花粉管的导向生长?花粉管感受这个信号的受体是什么?这是植物生殖生物学中重要且长期受到关注的两个     

蕨类植物性别分化对环境的响应

蕨类植物是维管植物中唯一的孢子体和配子体都能独立生活的类群.同型孢子蕨类配子体的性别分化受到激素和环境因子的影响.生理学研究表明,成精子囊素与赤霉素能诱导雄配子体发育,抑制雌配子体发育;脱落酸阻止成精子囊素诱导的精子器形成;乙烯合成前体ACC促进赤霉素诱导的精子器形成,而乙烯合成抑制因子AOA通过抑制细胞分化来抑制精子器形成.光照对不同种类蕨类配子体分化的影响存在差异.糖类能够促进雄配子体形成,并可加速成熟雌配子体向两性分化.钙离子、钴离子和甲硫氨酸等分别参与了蓝光和赤霉素对配子体性别分化的调控过程.培养密度影响配子体生长及性别表达,高密度下雄性和无性配子体居多,而低密度下两性和雌性配子体居多.近年来的突变体表型分析与分子生物学研究表明,成精子囊素通过影响ANI1、HER、TRA、FEM和MAN等基因的表达调控配子体性别分化.综述了蕨类植物性别分化对环境响应的研究进展.     

不同环境因子对珍稀观赏蕨类金毛狗配子体性别分化的影响

金毛狗[Cibotium barometz(L.)J.Sm.]是珍稀观赏蕨类的重要类群,为国家二级重点保护野生植物。该研究以金毛狗孢子为试验材料,探究培养密度、外源赤霉素以及光质等不同环境因子对金毛狗配子体性别分化的影响,为金毛狗人工繁育和蕨类植物配子体性别决定机制研究提供技术支持。结果表明:(1)低配子体培养密度(1个/cm2和5个/cm2)有利于颈卵器和雌配子体形成,随着配子体培养密度增加,颈卵器平均数量及雌配子体比率下降,精子器平均数量以及雄配子体和两性配子体比例增加,但配子体培养密度过高(80个/cm2)会导致大量无性配子体产生。(2)不同配子体培养密度下,随着培养时间延长,两性配子体比率均有增加,且增加幅度基本一致。(3)外源GA4显著抑制颈卵器和雌配子体形成,并显著促进精子器和雄配子体形成;外源GA3对金毛狗配子体性别分化没有显著影响。(4)白光、红光、蓝光等不同光质对金毛狗配子体性别分化未产生显著影响,但会影响配子体的发育和形态建成。     

麦秆蹄盖蕨（Athyrium fallaciosum）配子体的发育规律及播种密度对配子体性别分化的影响

在组织培养条件下,对麦秆蹄盖蕨（Athyrium fallaciosum）配子体发育的连续过程进行了详细观察。结果表明:麦秆蹄盖蕨孢子为四面体型; 孢子萌发为书带蕨型（Vittaria-type）;原叶体发育为铁线蕨型（Adiantum-type）,成熟原叶体为对称的心形;精子器近圆球形,成熟颈卵器细长,常向原叶体基部倾斜或弯曲。常规播种条件下,发现麦秆蹄盖蕨配子体有雌配子体、雄配子体、雌雄同体配子体和无性配子体类型。配子体的性别随密度不同而呈现一定的变化趋势,雄配子体随密度增大呈上升趋势;雌配子体随密度增大先上升后下降;雌雄同体配子体和无性配子体随密度变化不大。雌配子体和雌雄同体配子体具颈卵器数目一般为10～15个;精子器数目随密度的增大逐渐减少,雄配子体中具有约50个精子器,雌雄同体配子体具有约20个精子器。     

大花君子兰大小孢子发生与雌雄配子体发育的研究

该研究运用常规石蜡切片技术,对大花君子兰(Clivia miniata Regel)大、小孢子发生及雌、雄配子体发育进程进行解剖学观察分析,以探讨君子兰生殖生物学解剖特征,为君子兰种子发育和育种提供理论依据。结果表明：(1)大花君子兰花药4室,具分泌型绒毡层。(2)小孢子母细胞减数分裂的胞质分裂为连续型,小孢子四分体为左右对称型,成熟花粉为二细胞型。(3)倒生胚珠,双珠被,厚珠心和雌配子体发育为蓼型。(4)记录了雌雄配子体发育的对应关系,发现雄配子体发育趋于同步,雌配子体发育不同步。(5)开花散粉时,雌配子体尚有处于四核、八核胚囊的时期;成熟胚囊阶段,中央细胞的2个极核位于反足细胞端,反足细胞呈退化状态。具承珠盘结构。     

樱桃品种‘拉宾斯’雌雄配子体发育的解剖学研究

以‘拉宾斯’、‘艳阳’、‘马哈利CDR-1’为材料,对其自花授粉坐果率进行统计分析。用石蜡切片技术对拉宾斯雌雄配子体发育过程进行解剖观察。结果表明：(1)‘拉宾斯’自花授粉坐果率明显低于‘艳阳’和‘马哈利CDR-1’。(2) 拉宾斯从小孢子母细胞形成至成熟花粉的各发育阶段均观察到小孢子退化、花粉囊中的花粉干瘪、出现空腔。花粉成熟阶段部分花药绒毡层细胞不发生退化,花粉难以散出,造成雄性败育。(3)雌配子体在大孢子母细胞发育阶段出现大孢子发育不良或不能形成等异常发育雌配子体败育类型。(4)雄配子体在3月1日左右开始发育,3月14日左右趋近成熟;雌配子体则发育相对较晚,3月12日左右开始发育,3月25日左右趋近成熟。研究表明,‘拉宾斯’雌、雄配子体在其形成发育过程中的各种异常使其不能正常受精并且雌雄配子体发育不同步,最终导致坐果量低下。     

拟南芥温度诱导脂质运载蛋白TIL1参与雌配子体发育

雌配子体的正常发育是种子形成的前提条件之一,拟南芥温度诱导的脂质运载蛋白编码基因TIL1突变使胚珠败育,结实率下降明显。基因表达分析表明T-DNA插入使得TIL1基因敲除,突变体TIL1基因功能缺失;互交实验、Alexander染色、花粉离体培养和胚珠透明实验结果表明till-1突变体雄配子体发育正常、雌配子体胚囊发育有缺陷;通过遗传互补实验证明外源克隆的TIL1基因能恢复突变体的败育表型,并确定了TIL1基因主要在胚珠的胚囊中表达。实验结果表明TIL1基因参与了植物雌配子体发育这一重要的生理过程。     

植物同源四倍体花器官及种子变异研究进展

由于染色体数目的加倍,植物同源四倍体花器官、雌配子体、雄配子体及种子的表现型均发生了不同程度的变异,与其起源二倍体相比,四倍体的表现型变异主要体现在以下几个方面：花序形态及着生位置呈现多样化;花器官普遍增大,花柱中引导组织欠发达;花芽中核酸含量增加,RNA/DNA降低;雌配子体（胚囊）中卵器、中央细胞、反足细胞形态位置异常或退化,胚囊育性下降;雄配子体（花粉）体积增大、形态多样,且育性下降;种子体积、重量多数呈增加趋势,蛋白含量提高,对NaCl逆境耐受性增强,萌发力下降;种子胚乳发育的异常有不利于种子胚营养供给的趋势,这种趋势会导致胚畸形或退化。     

银杏雌雄配子体发育及胚胎形成的研究进展

银杏（Ginkgo biloba）是现存最古老的裸子植物之一, 其生殖过程表现出许多原始特征和独特性状, 长期以来备受国内外专家的关注。经过近100年的研究取得了显著成果： （1） 银杏雄配子体发育周期长, 经历了从平周分裂到斜背式分裂,并最终垂周分裂形成带有鞭毛的游动精子; （2） 银杏雌配子体发育经历较长的游离核期和细胞化期, 分化形成颈卵器母细胞并经平周分裂、垂周分裂和斜向分裂形成成熟的颈卵器（包括有4个颈细胞和1个卵细胞）; （3） 推测其精细胞中的液泡状结构为受精过程中的遗传物质载体; （4） 原胚的形成经历了游离核期和细胞化期。该文针对国内外最新银杏生殖生物学方面的研究进展, 对银杏雌雄配子体发育、受精过程以及胚胎形成等方面进行较为系统全面的分析和总结, 为进一步的银杏生殖生物学研究提供有价值的参考资料。     

不同光照度下水蕨配子体叶绿素荧光特性的研究

以模式植物水蕨的两性配子体和雄配子体为材料,研究了不同光照度下蕨类植物配子体叶绿素荧光参数的差异,探讨水蕨配子体光系统Ⅱ(PSⅡ)对不同光照的响应规律.结果表明:同一光照度条件下,水蕨两性配子体的实际光化学效率(Ф_(PSⅡ))和潜在光化学效率(F_v/F_m)均高于雄配子体,但无显著差异,此时两者间的光化学猝灭系数(q_p)和非光化学猝灭系数(q_N)值也无显著差异;在4 000 lx光照条件下,两性配子体PSⅡ驱动的电子传递速率(ETR_(PSⅡ))显著高于雄配子体.随着光照度的增加,水蕨两性配子体的Ф_(PSⅡ)、ETR_(PSⅡ)和q_p值逐渐增加,且在4 000 lx光照下显著增加,但F_v/F_m和q_N值无显著变化;而雄配子体的Ф_(PSⅡ)、ETR_(PSⅡ)、F_v/F_m、q_p和q_N值均呈先增后减趋势,但各光照处理间无显著差异.研究发现,水蕨两性配子体PSⅡ的活性相对比雄配子体高;两性配子体和雄配子体的光保护能力相似;光照度对水蕨雄配子体的光合能力没有显著影响,而4 000 lx的光照度对水蕨两性配子体的生长最有利.     

南方山荷叶大、小孢子发生与雌、雄配子体发育

首次报道了南方山荷叶大、小孢子发生和雌、雄配子体形成。主要结果如下:花药4室,花药壁发育为基本型,由7层细胞组成,由外到内依次为表皮、药室内壁、3层中层和2层绒毡层;药室内壁有带状加厚现象,绒毡层细胞多具双核,为腺质型绒毡层;多孢原,发生于表皮下;小孢子母细胞减数分裂为同时型,小孢子四分体多为四面体型,少数为十字交叉形、直线形、左右对称形或"T"形;成熟花粉粒为2-细胞型,偶见3-细胞型;成熟花粉粒呈圆形,具单萌发孔。雌蕊1枚,子房单心皮,纵切面呈瓶状;1室,边缘胎座,具4～5枚发育不同步的横生胚珠。胚珠具双珠被,厚珠心;珠孔由两层珠被共同形成,在一直线上或呈"之"字形。多孢原,位于珠心表皮下。直线形四分体,合点端的1个大孢子发育为功能大孢子,胚囊发育为蓼型。成熟胚囊中,3个反足细胞大而明显,但宿存时间短,较早退化。     

2种培养基下紫萁配子体发育及孢子体形成的研究

采用光镜技术对不同培养基下紫萁配子体发育和孢子体形成进行了研究.结果表明:(1)紫萁孢子绿色,四面体形,具三裂缝,孢子两极萌发分别产生假根和原叶体细胞,原叶体细胞形成球形体,球形体产生分生细胞发育为片状体和原叶体.(2)原叶体可为雄性、雌性或两性;雄原叶体较小,其两翼基部产生多数精子器;雌原叶体大,具有明显的中肋,在中...     

Segregation distortion in Arabidopsis <Emphasis Type="Italic">gametophytic factor 1 </Emphasis>(<Emphasis Type="Italic">gfa1</Emphasis>) mutants is caused by a deficiency of an essential RNA splicing factor

The female and male gametophytes are critical components of the angiosperm life cycle and are essential for the reproductive process. The gametophytes share many essential cellular processes with each other and with the sporophyte generation. As a consequence, these processes can only be analyzed genetically in the gametophyte generation. Here, we report the characterization of the gametophytic factor 1 (gfa1) mutant. The gfa1 mutation exhibits reduced transmission through both the female and male gametophytes. Reduced transmission through the female gametophyte is due to an effect on female gametophyte development. By contrast, development of the pollen grain is not affected in gfa1; rather, reduced transmission is likely due to an effect on pollen tube growth. We have identified multiple T-DNA-insertion alleles of gfa1 in a gene encoding a protein with high similarity to Snu114/U5-116 kD proteins from yeast and animals required for normal pre-mRNA splicing. Consistent with its predicted function, the GFA1 gene (At1g06220) is expressed throughout the plant. Together, these data suggest that GFA1 functions in mRNA splicing during the plant life cycle. Electronic supplementary material The online version of this article (doi:) contains supplementary material, which is available to authorized users.     

烟草大小孢子发生和雌雄配子体发育研究

采用卡宝品红染色压片和石蜡切片法对迪勃纳氏烟草(Nicotiana debneyi)大小孢子发生和雌雄配子体发育过程进行了研究.结果发现:(1)迪勃纳氏烟草为两性花,其小孢子发生和雄配子体发育早于大孢子.(2)迪勃纳氏烟草小孢子发生和发育过程基本正常,减数分裂过程有少数细胞出现滞后染色体、染色体断片和染色体桥等异常现象;其胞质分裂为同时型,四分体为十字交叉型和正四面体型,成熟的花粉粒为2细胞型.(3)迪勃纳氏烟草为2室子房,中轴胎座,倒生胚珠,胚珠多数,胚囊发育为蓼型,大孢子发生和发育过程未观察到异常现象.     

Comparative morphology of the gametophytes of Equisetum subgenus Hippochaete and the sexual behaviour of E. ramosissimum subsp. debile, (Roxb.) Hauke, E. hyemale var. affine (Engelm.) A.A., and E. laevigatum A. Br.

Gametophytes of Equisetum , subgenus Hippochaete , species E. hyemale, E. ramosissimum, E. laevigatum, E. variegatum and E. scirpoides are morphologically distinct. Lamellae from female branches and the archegonial neck cells provide a range of diagnostic features but antheridia are uniform throughout this subgenus, unlike the subgenus Equisetum , in which antheridial morphology is the most reliable criterion for specific identification of gametophytes. The classification of Equisetum into two subgenera based on sporophytic features is supported by gametophyte morphology: column lamellae and sunken antheridia with two opercular cells occur in Hippochaete whereas plate lamellae and projecting antheridia prevail in subgenus Equisetum. The absence of well-marked discontinuities in gametophyte morphology in Hippochaete reinforces cytologica! and hybridization data indicating that the taxa are more closely interrelated man in the subgenus Equisetum. No differences in gametophyte morphology were detected at the intraspecific level. Neither gametophyte morphology nor sexuality provide any definitive data to support me theory that Hippochaete contains the most primitive extant horsetails.
Sexuality in E. ramosissimum subsp. debile, E. hyemale var. affine and E. laevigatum is far more labile than in other taxa of Equisetum. Both male and female secondary gametophytes may be derived from initially male or female individuals as a result of lamellar proliferation.