植物MYB转录因子在花药发育中的调控作用

MYB转录因子作为最大的转录因子家族之一,参与植物的生长发育、胁迫反应、产物代谢等过程,在植物花的发育特别是花药发育过程中发挥着重要的调控作用。花药的发育在植物繁殖后代中起关键作用,文中就MYB转录因子在花药绒毡层发育、花药开裂、花粉发育、糖类物质和激素途径等方面对花药发育过程中的调控作用进行总结,以期为植物花药发育调控机制及调控网络的深入研究提供可行的参考。     

黄花油点草大小孢子发生及雌雄配子体发育

利用石蜡切片技术对百合科植物黄花油点草[Tricyrtis maculata(D.Don)Machride]大小孢子发生及雌雄配子体发育进行了研究。结果表明:(1)黄花油点草花药具有4个药室,花药壁的发育方式为单子叶型,由表皮、药室内壁、中层及绒毡层组成;绒毡层发育类型为分泌型,到四分体花药阶段绒毡层细胞开始解体退化,花药成熟时完全消失。(2)花粉母细胞减数分裂为连续型,依次形成二分体、四分体;四分体有四面体形和对称形两种类型;成熟花粉为2-细胞花粉。(3)子房3室,胚珠多数,每室2列,倒生型胚珠,双珠被,薄珠心,雌性孢原细胞不经过平周分裂而直接发育成大孢子母细胞;减数分裂后四分体大孢子呈线型或T型排列,合点端大孢子分化为功能大孢子,蓼型胚囊。(4)在花药发育过程的不同阶段均出现发育异常现象,导致花粉败育。     

植物的生殖讲座（四）：花药的发育和雄配子体的形成

植物的生殖讲座（四）──花药的发育和雄配子体的形成王景林（首都师范大学生物学系１０００３７）被子植物开花时,花粉从花药中散出进行传粉和受精。花药是产生花粉的地方,我们若要了解小抱子的形成和雄配子体的发育,就要从花药的发育谈起。花药是一朵花雄蕊的主要组...     

玉米花药发育的细胞生物学与分子遗传学的研究方法

雄性不育技术在玉米杂种优势利用和杂交种生产中发挥着重要作用,玉米花药发育和雄性不育的细胞生物学与分子遗传学研究是雄性不育技术利用的前提和基础。玉米花药发育是一个复杂的生物学过程,需要孢子体基因与配子体基因的协同表达调控。从玉米花药的形态结构、花药发育时期的划分、花药败育类型、花药发育的细胞学研究方法、花药发育的组学研究方法、花药发育分子遗传学研究方法等方面进行综述,以期为玉米核不育机制研究与雄性不育技术产业化应用提供方法学指导。     

百合花药壁层的发育及组织化学研究

对生长在陕西留坝的百合的花药壁层发育过程,特别是绒毡层的发育做了形态学观察。其结果是：百合花药壁层的发育方式为基本型。花药绒毡层属腺质绒毡层类型。在单细胞花粉阶段后期,部分花粉粒壁一侧凹陷时,绒毡层细胞内切向面上出现乌氏体。随着发育阶段的推移,乌氏体的数量有所增加。在光学显微镜下观察：每个乌氏体只有一个乌氏体芯。在乌氏体出现时,也可观察到花粉外壁外层的出现。到二细胞花粉时,花药开裂之前,绒毡层细胞     

水稻OsMS2基因在花药发育中的功能分析

拟南芥MS2(MALE STERILITY 2)是一个调控花药花粉发育的关键基因。水稻OsMS2(Os03g07140)基因与拟南芥MS2的序列具有高度同源性。利用RNA干扰技术研究OsMS2基因在水稻花药发育过程中的功能。与野生型水稻相比, 转基因 植株营养生长阶段正常, 但雄性育性降低。转基因植株雄性育性降低与RNA干扰引起的OsMS2基因表达水平降低有关。进一步对转基因植株花药进行细胞学观察, 结果表明OsMS2基因表达水平的降低导致绒毡层细胞退化延迟, 小孢子壁的形成出现异常。扫描电镜观察结果显示, 小孢子壁光滑, 不能形成正常的外壁。以上结果表明OsMS2基因在水稻花药发育过程中起重要作用。     

水稻OsMS2基因在花药发育中的功能分析

拟南芥MS2（MALE STERILITY2）是一个调控花药花粉发育的关键基因。水稻OsMS2（Os03g07140）基因与拟南芥MS2的序列具有高度同源性。利用RNA干扰技术研究OsMS2基因在水稻花药发育过程中的功能。与野生型水稻相比,转基因植株营养生长阶段正常,但雄性育性降低。转基因植株雄性育性降低与RNA干扰引起的OsMS2基因表达水平降低有关。进一步对转基因植株花药进行细胞学观察,结果表明OsMS2基因表达水平的降低导致绒毡层细胞退化延迟,小孢子壁的形成出现异常。扫描电镜观察结果显示,小孢子壁光滑,不能形成正常的外壁。以上结果表明OsMS2基因在水稻花药发育过程中起重要作用。     

水稻DsMS2基因在花药发育中的功能分析

拟南芥MS2（MALE STERILITY2）是一个调控花药花粉发育的关键基因。水稻OsMS2（Os03g07140）基因与拟南芥MS2的序列具有高度同源性。利用RNA干扰技术研究OsMS2基因在水稻花药发育过程中的功能。与野生型水稻相比,转基因植株营养生长阶段正常,但雄性育性降低。转基因植株雄性育性降低与RNA干扰引起的OsMS2基因表达水平降低有关。进一步对转基因植株花药进行细胞学观察,结果表明OsMS2基因表达水平的降低导致绒毡层细胞退化延迟,小孢子壁的形成出现异常。扫描电镜观察结果显示,小孢子壁光滑,不能形成正常的外壁。以上结果表明OsMS2基因在水稻花药发育过程中起重要作用。     

兰科新种巾唇兰的花粉团发育及分类学意义

巾唇兰属是我国新记录属,近十余年来先后在我国南方发现了两种,包括在云南发现的新种——巾唇兰（Pennilabium yunnanense）。利用解剖镜和石蜡切片技术观察了巾唇兰具有分类学意义的花形态特征和花粉团发育的胚胎学特征,结果如下。成熟花的合蕊柱短,无蕊柱足;花粉块由2个球形花粉团、粘盘和粘盘柄组成。在花药发育早期,花药原基分化出一对侧生并列药室;在小孢子母细胞时期,每个小孢子囊在两个药室相邻的内花药壁处分化出一段不贯穿药室的不育隔膜组织。在花药发育过程中,该隔膜组织逐渐被吸收降解,到花粉成熟时形成2个开口朝内的孔裂花粉团。发育成熟的花药壁共有4层,发育类型为单子叶型,绒毡层为单核、腺质型。在小孢子母细胞进入减数分裂阶段,表皮细胞变窄出现了降解,中层和绒毡层细胞也逐渐被吸收和降解;花药成熟时,花药壁仅剩下残缺的表皮和纤维状加厚明显的药室内壁。小孢子母细胞通过同时型胞质减数分裂形成小孢子四分体,其排列方式主要为正四面体形和左右对称,成熟花粉为2细胞型。本文从形态发育角度澄清了巾唇兰花粉团特征的描述,讨论了其花粉团发育特征的分类学意义,为兰科花药发育多样性提供了新资料。     

MYB类转录因子对花药和花粉发育的调控途径

花药发育和花粉形成的各个步骤由众多基因控制,一些转录因子通过调控花药发育相关基因的表达,是功能性花粉形成的关键因子。MYB类转录因子作为植物中最大的转录因子家族,是其中非常重要的一类转录因子。该文结合近年来国内外有关被子植物花粉发育相关MYB转录因子在花药发育和花粉形成的调控途径,包括绒毡层发育、胼胝质的沉积和降解、光合产物的运输、花药的开裂以及雄配子体形成过程中所起的重要作用等方面的研究进展,重点对MYB类转录因子通过形成对绒毡层发育、同化物分配、苯丙烷物质代谢等相关靶位基因的控制网络,转录调控植物花粉发育和花药开裂过程等研究进行综述讨论。     

以基因枪介导获转ps1—barnase基因的工程雄性不育水稻植株

以ps1-barnase(brn)为目的基因,pHcintG(PG)为选择/标记基因进行共转化,以PDS-1000-氦气基因枪介导,将brn及PG基因转化到水稻台北309及秋光的核DNA中,得到了转ps1-barnase基因的工程雄性不育植株。以悬浮细胞作为基因枪轰击的靶材料,转化植株再生频率较初级愈伤组织的为高。转brn基因植株的其他主要性状与供体亲本无显著差异,但却表现不育。其不育的程度在不同的植株之间表现不同。在转brn基因植株中观察到全不育(占全部brn阳性植株的40.6％)、高不育(占15.6％)及半不育的个体(占43.7％)。全不育的转基因植株自交完全不能结实(结实率为零),除个别植株外,花粉完全不被I-KI染色;而人工授以正常的花粉则可以获得杂交种子。而brn基因的阴性植株及未进行转化的对照植株则完全可育,表明转基因植株之雄性不育乃brn基因所致。结果表明,brn基因在水稻中是完全可以正常表达的,其表达的时期推测在花粉母细胞减数分裂前至花粉形成之间的整个时期。     

Expression of <Emphasis Type="Italic">Aprotinin</Emphasis> in Anther Causes Male Sterility in Tobacco var <Emphasis Type="Italic">Petit havana</Emphasis>

Expression of many proteinases has been documented during anther development. Although their roles are not completely understood, their inhibition could possibly result in impairment of anther development leading to male sterility. We proposed that such an impairment of anther development can be engineered in plants resulting in male sterile plants that can be used for hybrid seed production. Here, we report that anther-specific expression of Aprotinin gene (serine proteinase inhibitor) in tobacco has resulted in male sterility. Southern analysis and zymogram analysis confirmed the integration and expression of Aprotinin gene in the anthers of the transgenic plants. Transverse sections of anthers of transgenic male sterile plants showed damaged tapetum. The pollen germination in the transgenic plants ranged between 2% and 65% that confirmed the impairment in pollen production leading to male sterility and low seed yield. Thus, inhibition of serine proteinases that are expressed during anther development has resulted in impaired pollen production and male sterility, though the exact role of these proteinases in anther development still has to be elucidated.     

TA29-barnase基因转化菜心

利用根癌农杆菌导入法, 以菜心带柄子叶为外植体, 对TA29-barnase基因转化菜心进行研究。获得转化植株,进行PCR、Southern blotting杂交和半定量RT-PCR检测, 表明目的基因已经整合到转化植株中, 并且目的基因在转基因植株花蕾中得到表达, 但是表达水平在不同转基因植株间存在差别; 转基因植株开花后, 均表现雄性不育, 不能产生花粉或产生没有活力的少量花粉, 自交不能结实; 用未转化植株正常花粉对雄性不育植株进行授粉, 能够正常结实; 保持系(未转化植株)与不育株杂交后代中雄性不育株与可育株的比例为1:1, 在杂交后代植株子叶期, 喷洒10 mg/L的PPT可以完全杀死可育株; 利用其他菜心品种为父本与不育株进行杂交, 获得的F1植株在生长势和产量方面表现优势, 表明开展菜心优势育种具有一定的潜力。     

TA29-barnase基因转化菜心

利用根癌农杆菌导入法, 以菜心带柄子叶为外植体, 对TA29-barnase基因转化菜心进行研究。获得转化植株,进行PCR、Southern blotting杂交和半定量RT-PCR检测, 表明目的基因已经整合到转化植株中, 并且目的基因在转基因植株花蕾中得到表达, 但是表达水平在不同转基因植株间存在差别; 转基因植株开花后, 均表现雄性不育, 不能产生花粉或产生没有活力的少量花粉, 自交不能结实; 用未转化植株正常花粉对雄性不育植株进行授粉, 能够正常结实; 保持系(未转化植株)与不育株杂交后代中雄性不育株与可育株的比例为1:1, 在杂交后代植株子叶期, 喷洒10 mg/L的PPT可以完全杀死可育株; 利用其他菜心品种为父本与不育株进行杂交, 获得的F1植株在生长势和产量方面表现优势, 表明开展菜心优势育种具有一定的潜力。     

Production of transgenic male sterile tobacco plants with the cDNA encoding a ribosome inactivating protein in Dianthus sinensis L.

The ribosome inactivating protein (RIP) gene from D. sinensis was used as a cytotoxin gene to induce male sterility in tobacco plants. The TA29 promoter, obtained by PCR amplification from tobacco, was fused to the RIP cDNA, and the chimaeric molecule was then introduced into tobacco plants by Agrobacterium-mediated transformation. Out of twenty-one independent transformants, twenty transgenic tobacco plants exhibited male sterility. Southern blot analysis revealed that four of the transgenic plants contained a single copy of the RIP gene, while the rest of the transgenic tobacco plants had two to four copies of the gene. The transgenic male sterile plants set seeds normally when pollinated with pollens from untransformed control plants, indicating that the RIP gene does not affect the pistil development. Furthermore, the seed yield of the transgenic plant was similar to that of the untransformed, self-pollinated control plant. A light microscopic observation of anther cross sections clearly showed that the tapetal tissue of the anther was selectively and completely destroyed causing male sterility. This study suggests that the RIP gene can be used as a cytotoxin gene for induction of male sterility in the plant.     

多个抗虫基因转化水稻两用系培矮-64S

应用基因枪法对水稻两用系培矮-64S进行了转化。质粒载体pKC-3串联了三个抗虫基因,将其转化成熟胚诱导形成的愈伤组织,共获得33株转基因植株。分别对R_0代植株不同的基因进行PCR及Southern blot分析,并对R_1代植株进行了PCR分析。结果表明,三个抗虫基因均已整合到水稻基因组并获得稳定遗传。     

雄性不育与可育楸树花发育的细胞学比较研究

楸树（Catalpa bungei C.A.Meyer.）属紫葳科(Bignoniaceae)梓树属(Catalpa),落叶乔木,是我国特有的珍贵优质用材树种。本文用石蜡切片法对可育株和雄性不育株楸树的大、小孢子发生及雌、雄配子体发育过程进行了详细地比较观察。结果表明：可育株和不育株楸树雌蕊的发育基本相同,胚珠倒生,薄珠心,单珠被,胚囊发育为蓼型。可育株雄蕊花药四室,药隔薄壁组织发达;异型绒粘层,由药壁绒粘层和药隔绒粘层组成;花药壁表皮细胞在小孢子母细胞减数分裂前后开始径向伸长加厚,直到花药开裂并不降解,这可能与花药开裂有关;成熟花粉为四合花粉。雄性不育株花药的早期发育到次生造胞细胞时期与可育雄蕊的相同,小孢子母细胞减数分裂前绒毡层发育不充分;四分体时期,绒毡层细胞高度液泡化,细胞质稀薄,已提前降解,小孢子四分体因绒毡层结构和功能异常而不能正常发育,因此楸树雄性不育为结构型雄性不育。     

提高光敏感雄性不育水稻花粉单倍体育种效率及不育花粉植株育性转换特点的研究

比较了(光敏s/正常品种)F_1及F_2为供体亲本,对在花药培养时所获得的花粉植株中不育个体/全部花粉植株之比例的影响。结果表明,以F_1为供体亲本,在所获得的二倍体花粉植株(A_1)中,不育株(长日下)约占20%左右;而从F_2分离的不育株为供体亲本,相应的比例为90%左右。对获得不育的花粉植株而言,供体亲本经过F_2的选择,在花粉一代中可以提高育种效率3—4倍。指出,以培育光敏感雄性不育系为目的的花药培养,与一般育种之花药培养采用杂种F_1为供体亲本不同,不仅应对杂种F_2代在长日照条件下进行不育株的选择,而且应在短日照下对这种不育株作育性转换的双重选择。以这种个体作为花药培养的供体亲本,可以大大提高育种效率。 在长日照下表现不育的花粉植株的育性转换具多样性。来自同一组合的不育花粉植株在晚造(短日照)条件下,其花粉有的染色,频率高且稳定;有的虽然可变为染色,但频率不高或不稳定或二者兼有;有些却一直不为Ⅰ-KⅠ染色,或即使染色频率也在10%以下。这一结果与收集全国各地15个光敏核不育系在本昕同期种值条件下的反应十分吻合。这说明通过花药培养,从特定的组合培育出所需要的光敏/光温互作或温敏型的核不育系的可能性是存在的。