受精依赖的卵细胞调控防止多精入卵的分子机制

在动物受精过程中,卵母细胞皮层颗粒所分泌的蛋白酶在防止多精入卵中起着重要作用。在有花植物的有性生殖过程中,受精过程则更为复杂。这一过程涉及到花粉管所运输的一对不可移动的精子分别与卵细胞和中央细胞融合的过程。在通常情况下,每个胚珠只会吸引一根花粉管,从而有效地降低多精入卵可能性。植物受精后防止多余花粉管进入胚囊的机制长期以来一直不清楚。武汉大学植物生殖研究团队最近的一项工作发现卵细胞本身在防止多花粉进入胚囊的过程中发挥了重要的作用。卵细胞特异性地表达两个天冬氨酸蛋白酶基因ECS1和ECS2,其mRNA在成功受精之后会快速降解。ECS蛋白在卵细胞的顶端区域以类似于动物皮层颗粒网络的形式分布,且其分泌过程也是受精依赖的。ecs1ecs2双突变体的胚珠呈现吸引多花粉的表型。ECS1和ECS2能够特异性地切割花粉管吸引物质LURE1。ECS1和ECS2在助细胞中的异位表达则会导致LURE1蛋白水平的降低及花粉管吸引能力的减弱。因此,ECS1和ECS2快速防止了多余花粉管进入胚囊。上述发现揭示植物的卵细胞能够感知受精并建立起一种受精依赖的快速防止多花粉管进入胚囊的机制。     

植物的试管受精

植物的传粉受精作用包括花粉粒从花药转移到雌蕊的柱头上并萌发,花粉管穿过柱头和花柱从珠孔进入胚珠及胚囊,在胚囊里花粉管释放出两个精子,一个与卵细胞结合,将来发育成胚;一个与极核融合,将来发育成胚乳,这样就完成了受精作用,最终发育为种子。把上述诸过程置于人工控制条件下,在无菌环境里接种胚珠或雌蕊到培养基上,然后授以无菌     

东方百合系内杂交授粉技术与胚抢救技术研究

研究了东方百合系内杂交授粉技术及胚抢救技术。结果表明:(1)在组合‘Justina’בShela’中,采用柱头直接授粉,花粉管在花柱中向下定向生长,在子房中向胚珠定向生长;采用切花柱授粉,花粉管在花柱切口及子房中发生不同程度无向性生长;残留花柱越长,进行胚珠定向的花粉管数量越多,获得的饱满种子越少,采用柱头直接授粉获得的饱满种子最多。(2)采用柱头直接授粉对东方百合系内56个组合进行杂交实验,仅1个组合未获得饱满胚珠、3个组合获得胚珠少于10个,其余52个组合获得大量饱满胚珠,初步表明此法可作为东方百合系内杂交通用授粉技术。不同胚抢救技术试验结果显示,授粉约70d后采用切胚珠接种比胚珠直接接种的杂种胚萌动快、萌发率高,而且前者的胚抢救效率也明显高于授粉40d后的"剥胚式接种"。研究认为,授粉约70d后采用"切胚珠接种"可作为东方百合系内杂交通用胚抢救技术。     

1,4-β-葡聚糖内切酶基因的克隆及其在麝香百合花粉和花粉管中的特异表达(英文)

利用RT-PCR和RACE在麝香百合(Lilium longiflorum Thunb.)花粉管中克隆到1,4-β-葡聚糖内切酶(Endo-1,4-β-glucanase,EGase)的全长cDNA序列(LlpCell)。序列分析结果表明:该基因编码一个含有490个氨基酸的球状蛋白,并在N端有一个由21个氨基酸构成的信号肽序列。序列比对结果显示,LlpCell和植物分泌型1,4-β-葡聚糖内切酶高度同源(约50％),不含有跨膜结构域和纤维素结合域(CBD)。Northern杂交结果显示,该基因的转录本仅在花粉粒、萌发中的花粉和花粉管生长过程中表达,表达量基本相同。而在百合植株其他组织中均未见表达。这种葡聚糖内切酶的高度特异表达说明LlpCell对花粉萌发和花粉管伸长起着重要作用。     

花粉与营养保健

花粉是植物的雄性配子体,其中含有雄性生殖细胞——精子。植物开花时散出花粉,然后传粉至柱头,并在柱头上萌发产生花粉管,由花粉管将精子带到胚珠,进入胚囊,才能实现精子与卵子的结合,完成植物的有性生殖过程,繁     

1,4-β-葡聚糖内切酶基因的克隆及其在麝香百合花粉和花粉管中的特异表达

利用RT-PCR和RACE在麝香百合(Lilium longiflorum Thunb.)花粉管中克隆到1,4-β-葡聚糖内切酶(Endo-1,4-β-glucanase,EGase)的全长cDNA序列(LlpCel1).序列分析结果表明:该基因编码一个含有490个氨基酸的球状蛋白,并在N端有一个由21个氨基酸构成的信号肽序列.序列比对结果显示,LlpCel1和植物分泌型1,4-β-葡聚糖内切酶高度同源(约50%),不含有跨膜结构域和纤维素结合域(CBD).Northern杂交结果显示,该基因的转录本仅在花粉粒、萌发中的花粉和花粉管生长过程中表达,表达量基本相同.而在百合植株其他组织中均未见表达.这种葡聚糖内切酶的高度特异表达说明LlpCel1对花粉萌发和花粉管伸长起着重要作用.     

枸杞雌、雄配子DNA含量与细胞周期变化的初步研究

枸杞是二胞花粉植物。花粉在柱头上萌发后生殖细胞在花粉管中分裂形成精细胞。在花粉管中,精细胞开始合成DNA,随着花粉管生长,精细胞DNA含量持续增加。当花粉管在退化助细胞中破裂,释放出的2个精细胞DNA含量达到1．92倍（1．92C）。在开花当天,卵细胞已合成了约1／3DNA,并持续增加。开花后30h,卵细胞中的DNA含量达到1．63C。在受精前,卵细胞中的DNA含量达到1．83C。精、卵细胞融合后,合子DNA含量为3．53C。去雄排除花粉管影响后,己合成1／5DNA的过熟卵细胞停止合成,表明卵细胞持续合成DNA需要花粉管的刺激。枸杞雌、雄配子在融合前合成DNA,在细胞周期的G,期发生融合,属于G2类型。     

慈菇属植物的花粉管再分配现象

当花粉落到柱头上,并与柱头识别后,花粉萌发长出花粉管等一系列过程,在被子植物有性生殖中占有很重要的地位。正是由于具备萌发条件的花粉长出花粉管,并产生的雄性配子——精子,然后通过花粉管的伸长生长,被输送到胚珠的胚囊内与卵细胞和极核融合,完成被子植物所特有的双受精过     

植物花粉管中类整联蛋白的免疫荧光定位研究

利用免疫荧光技术,分别用整联蛋白β_3、α_y亚基胞质域抗血清及整联蛋白VnR(Vitronectin的受体)的抗血清在百合花粉管中检测出荧光标记,且在花粉管尖端逐渐增强,而用FnR(纤粘连蛋白的受体)、LnR(层粘连蛋白的受体)的抗血清及非免疫血清对照实验在百合花粉管中则没有或仅有很弱的荧光。在萌发的碧桃花粉管中,用β_1、β_3亚基胞质域抗血清也能检测出荧光标记,初步结果显示花粉管在生长过程中,质膜上有可能存在类整联蛋白,并且在百合花粉管中这种类整联蛋白可能是由α_v和β_3两种亚基组成的Vn样蛋白的受体。     

烟草雌、雄配子DNA 含量变化

采用显微分光光度法测定了烟草( Nicotiana tabacum) 精细胞和卵细胞的DNA 含量。烟草是二胞花粉, 花粉萌发后生殖细胞在花粉管中分裂形成精细胞。授粉后45 h 花粉管到达子房, 在花粉管内的精细胞DNA 含量为1C。当花粉管在退化助细胞中破裂, 释放出的两个精细胞开始合成DNA。在与卵细胞融合前,两个精细胞DNA 含量接近2C。随着精细胞的到达及合成DNA, 卵细胞也开始合成DNA, 融合前的卵细胞DNA 含量也接近2C。精、卵细胞融合后, 合子DNA 含量为4C。烟草雌、雄配子是在细胞周期的G2 期发生融合, 属于G2 型。     

油松细胞质遗传的细胞学机理：Ⅱ雄性和雌性细胞器在受精和原胚？…

在电镜下观察汕松（ｉｎｕｓ ｔａｂｕｌａｅｆｏｒｍｉｓ Ｃａｒｒ．）传粉后的胚珠临近受地的花粉管和卵细胞的细胞质,受精时雄配子体细胞质的传递、游离核和细胞原胚发育时期质体和线粒体的传递。在成熟卵中含许多线粒体,缺少正常结构的质全,它们转变为大内含体。此外卵细胞还有丰富的小内含体和其他一些细胞器。花粉管在卵细胞的珠孔端释放其内含物。精核与卵核融合时,核周围未见来自精细胞的质体和线粒体。不参与融合的精     

一种观察慈姑属植物花粉管"再分配"现象的优化方法

在被子植物双受精时 ,花粉管输送两个精核入胚囊 ,一个精子与卵结合发育成胚 ,另一个与中央极核结合发育成胚乳。 1根以上的花粉管到达 1个胚珠的现象并不少见 ,但最终只有 1根花粉管能进入胚囊。与其他许多有性生物一样 ,植物中也存在着防止多精入卵的机制。被阻止进入胚珠的花粉管可能短暂地继续生长 ,随即卷曲、死亡。但是也有一些例外 ,Wang等 (2 0 0 2 )对小慈姑的传粉和花粉管生长过程进行了详细的研究。小慈姑 (Sagittaria potamogetifolia)为单性花 ,雌蕊群由多枚离生心皮组成。自然群体中雌花柱头受粉率常为 80 %～ 85 % ,而结实…     

胡萝卜精、卵细胞、助细胞和中央细胞的分离

用两个解剖针挤压胡萝卜花粉使其破裂释放出精细胞。用酶解-解剖方法分离胡萝卜胚囊中的卵细胞、助细胞和中央细胞。胡萝卜胚珠先在酶液中酶解40~50min,然后将其转移到不含酶的分离液中用解剖针解剖胚珠。将胚珠的合点端切破,轻轻挤压胚珠的珠孔,卵细胞、助细胞和中央细胞即可逸出。在最佳条件下,20min可从20个胚珠中分离出5个卵细胞。对分离胚囊细胞的渗透压和酶液成分进行了筛选。分离出的卵细胞用显微操作仪收集。胡萝卜精、卵细胞的成功分离为在双子叶植物中进行离体受精探索创造了条件。     

杂交石竹授粉受精及其胚胎发育过程的观察

以‘杂交石竹’为试验材料,利用荧光显微镜观察其授粉后花粉萌发、花粉管生长情况,采用石蜡切片法对其受精及胚胎发育过程进行观察研究。结果表明:(1)授粉后1h母本柱头上少量花粉开始萌发;授粉后4h大量花粉萌发,花粉管生长至柱头中部有胼胝质出现;授粉后6h花粉管生长至子房组织并有少量与胚珠结合;授粉后15h柱头中出现大量胼胝质,花粉管与胚珠结合数增多;授粉后24h胚珠周围出现多条花粉管,其中1条花粉管进入胚珠,部分进入胚囊的花粉管卷曲盘绕生长并产生胼胝质;精细胞与极核的融合主要发生在授粉后17~48h,与卵细胞融合主要于授粉后1~3d。(2)杂交石竹胚发育经过原胚、球形胚、棒状形胚、心形胚、鱼雷形胚和子叶形胚阶段。(3)杂交障碍表现为:只有游离的胚乳核而无胚发育的胚囊、合子未分裂、两极核未融合、球形胚败育。研究表明,杂交石竹存在受精前和受精后障碍,这是导致其结实率低的主要原因。     

木醋杆菌纤维素合成操纵子的克隆及棉花转化

革兰氏阴性菌木醋杆菌(Acetobacter xylinum (Brown) Yamada)合成一种由纤维素微纤丝组成的胞外带状物.与高等植物纤维素相比,它具有独特的结构和机械性能.根据从木醋杆菌ATCC 53582克隆的acs纤维素合成操纵子序列设计引物, 用PCR的方法从木醋杆菌Ay201中克隆了ayacs纤维素合成操纵子的全部4个基因.序列比较发现,两者高度同源.将连上CaMV 35S启动子的acsA、acsB克隆到植物表达载体pCAMBIA 1301上,acsC、acsD克隆到pCOB302-3中.然后通过花粉管通道法转化棉花(Gossypium hirsutum)胚珠,收获的种子在含有卡那霉素和除草剂的双抗培养基上进行筛选.PCR检测发现934粒种子中有5棵植株含有全部4个基因.这是首次将编码4个功能蛋白的细菌操纵子成功地转入棉花.     

小麦受精过程的细胞化学研究

小麦成熟胚囊卵细胞中存在较多围核分布的淀粉粒和少量散布的脂类颗粒;两个助细胞中积累很多脂类,未见有淀粉粒存在;中央细胞中存在中等量均匀分布的淀粉粒和脂类颗粒。受精时期,胚囊内各细胞中淀粉粒变化不大。精卵核融合时,卵细胞和中央细胞中的脂类分别存在一个积累高峰。合子与相应时期游离核胚乳中的脂类颗粒均较少。原胚初期,每个原胚细胞及胚乳原生质中均积累较多脂类。珠孔附近的内珠被细胞中脂类颗粒较多,并存在一个有规律的变化。在观察的所有发育时期的胚珠中,均未发现贮存蛋白质。胚珠中脂类的一系列变化可能与雌性细胞的营养、胚胎发育初期的养料及花粉管的定向生长等有关     

烟草雌、雄配子DNA含量变化

采用显微分光光度法测定了烟草（Nieotiana tabacum）精细胞和卵细胞的DNA含量。烟草是二胞花粉,花粉萌发后生殖细胞在花粉管中分裂形成精细胞。授粉后45h花粉管到达子房,在花粉管内的精细胞DNA含量为1C。当花粉管在退化助细胞中破裂,释放出的两个精细胞开始合成DNA。在与卵细胞融合前,两个精细胞DNA含量接近2C。随着精细胞的到达及合成DNA,卵细胞也开始合成DNA,融合前的卵细胞DNA含量也接近2C。精、卵细胞融合后,合子DNA含量为4C。烟草雌、雄配子是在细胞周期的G2期发生融合,属于G2型。     

油松细胞质遗传的细胞学机理:Ⅱ.雄性和雌性细胞器在受精和原胚时期的传递(英文)

在电镜下观察油松 (PinustabulaeformisCarr.)传粉后的胚珠临近受精时的花粉管和卵细胞的细胞质、受精时雄配子体细胞质的传递、游离核和细胞原胚发育时期质体和线粒体的传递。在成熟卵细胞中含许多线粒体 ,缺少正常结构的质体 ,它们转变为大内含体。此外 ,卵细胞还有丰富的小内含体和其他一些细胞器。花粉管在卵细胞的珠孔端释放其内含物。精核与卵核融合时 ,核周围未见来自精细胞的质体和线粒体。不参与融合的精核停留在接受液泡旁 ,在其周围有大量的雄性细胞质 ,其中混合有精细胞、管细胞和卵细胞的细胞器。在游离核原胚时期 ,核周区的细胞质中可见雄性与雌性亲本的细胞器相混合 ;其中许多线粒体与原来卵细胞中的线粒体有相同的形态 ,也有一些线粒体看来是来自精细胞和管细胞 ;质体是由雄配子体传递 ,形态与精细胞的或花粉管中的质体相似。卵细胞中变异的质体 (即大内含体 )在原胚发育时期变为液泡状 ,而雄性质体参加到新细胞质中。在原胚细胞中 ,线粒体大多数为母本来源 ,质体则表现为精细胞或管细胞的质体形态。该研究确定了油松具父系质体和双亲线粒体遗传的细胞学基础。对裸子植物线粒体和质体遗传的机理从细胞学的角度进行了分析。     

高山杜鹃与大喇叭杜鹃种间杂交过程的观察研究

以高山杜鹃‘Nova Zembla’为母本,大喇叭杜鹃为父本进行人工杂交授粉,利用荧光显微镜对杂交组合花粉萌发及花粉管生长过程进行观察,并统计其杂交的田间坐果率。结果显示:(1)授粉后1d花粉开始萌发形成花粉管,其萌发率在授粉后1～5d内显著增长,其后增长缓慢,到第12天萌发率最高达37.36%。(2)花粉萌发后花粉管生长速度由慢变快,授粉后2d花粉管进入花柱,7d进入子房,10d进入胚珠;实验中杂交花粉管与胚珠虽有结合,但与胚珠结合率低,授粉后12d仅7.42条花粉管进入胚珠。(3)在花粉管生长过程中,伴有大量异常现象,表现为授粉后柱头细胞、花粉管、花柱引导组织、子房组织、胚珠中的胚囊等部位依次出现胼胝质沉积反应,花粉管生长中出现的膨大、先端沉积胼胝塞而中途停止生长、螺旋扭曲、粗细不均、杂乱生长或螺旋膨大且逆向生长等异常。(4)该实验杂交的田间坐果率为零。研究表明,高山杜鹃‘Nova Zembla’与大喇叭杜鹃杂交不亲和,杂交后花粉管生长的异常行为可能是种间杂交不亲和的主要原因,且受精前障碍与受精后障碍可能同时存在。     

木醋杆菌纤维素合成操纵子的克隆及棉花转化

革兰氏阴性菌木醋杆菌 (Acetobacterxylinum (Brown)Yamada)合成一种由纤维素微纤丝组成的胞外带状物。与高等植物纤维素相比 ,它具有独特的结构和机械性能。根据从木醋杆菌ATCC 5 35 82克隆的acs纤维素合成操纵子序列设计引物 ,用PCR的方法从木醋杆菌Ay2 0 1中克隆了ayacs纤维素合成操纵子的全部 4个基因。序列比较发现 ,两者高度同源。将连上CaMV 35S启动子的acsA、acsB克隆到植物表达载体pCAMBIA 130 1上 ,acsC、acsD克隆到pCOB30 2_3中。然后通过花粉管通道法转化棉花 (Gossypiumhirsutum)胚珠 ,收获的种子在含有卡那霉素和除草剂的双抗培养基上进行筛选。PCR检测发现 934粒种子中有 5棵植株含有全部 4个基因。这是首次将编码 4个功能蛋白的细菌操纵子成功地转入棉花