拟南芥花粉活力的测定及其在花粉发育研究中的应用

花粉发育是植物生活周期中一个重要且复杂的过程,需要多种基因的参与。花粉发育是否完善可以根据花粉形态特征,并通过检测花粉的生活力、萌发力、可育性和受精能力等生理特征来判断。以拟南芥候选基因突变体为材料,通过对花粉的这些生理特征的检测,可以初步推测候选基因参与花粉发育的功能和作用机制。本文介绍了用于花粉活力测定的几种技术的原理和方法,以及应用这些方法进行花粉发育研究的进展。     

拟南芥中PLC4基因的超表达对花粉发育的影响

从salk库中取得1种PLC4基因突变体,PCR检测表明其T—DNA插入位点比网上的位置有235bp的偏差,在PLC4基因的3’非翻译区,位点的插入造成该基因的超表达。表型分析表明,该突变株的花粉形态与野生型有差异。推测该基因的超表达对花粉发育造成影响。     

调控拟南芥花粉发育突变体zy1511的基因定位及特征分析

为了进一步研究花药花粉发育过程,我们通过EMS诱变,筛选到拟南芥雄性不育突变体zy1511。遗传分析表明,zy1511为隐性单位点突变。细胞学观察表明．突变体花药中小孢子从四分体释放出后绒毡层并没有开始退化,花药发育后期绒毡层依然部分存在。说明突变体花药绒毡层退化比野生型的要迟,因此,小孢子不能发育成正常花粉粒。利用图位克隆的方法将zv1511定位于第一条染色体上分子标记F25P12和T8L23之间134．kb的区间内。本项工作为zy1511基因的克隆及对花粉发育功能分析奠定了基础。目前尚未见到该区间内雄性不育基因的报道。因此,zy1511是控制花粉发育的尚未发现的关键基因。     

花粉发育的转录组研究进展

在受精过程中花粉通过其极性生长的花粉管将精细胞运送到胚囊启动双受精，除了在有性生殖过程中的重要作用外，花粉及其极性生长的花粉管也是研究植物生长发育的重要模式材料。随着模式植物拟南芥和水稻基因组测序的完成，在基因组水平上揭示花粉发育以及花粉管极性生长的分子基础已成为可能。经过最近几年的研究已初步明确了花粉转录组特征。本文主要讨论了拟南芥花粉转录组学的研究进展，以期帮助读者对花粉发育的研究有全面了解。     

花粉发育的转录组研究进展

在受精过程中花粉通过其极性生长的花粉管将精细胞运送到胚囊启动双受精, 除了在有性生殖过程中的重要作用外,花粉及其极性生长的花粉管也是研究植物生长发育的重要模式材料。随着模式植物拟南芥和水稻基因组测序的完成, 在基因组水平上揭示花粉发育以及花粉管极性生长的分子基础已成为可能。经过最近几年的研究已初步明确了花粉转录组特征。本文主要讨论了拟南芥花粉转录组学的研究进展, 以期帮助读者对花粉发育的研究有全面了解。     

拟南芥花粉细胞质游离钙离子荧光测定法

以拟南芥花粉为材料,利用低温装载法在完整的花粉粒中,成功地载入酯化形式的钙离子荧光探针Fura-2/AM。利用荧光比率分析法对花粉细胞质中游离钙离子的分布特点进行研究并测定了花粉细胞内游离钙离子浓度。结果表明花粉萌发初期细胞质内游离钙离子呈极性分布,萌发沟附近的钙离子浓度明显高于其它部位,萌发孔附近最高,花粉细胞核中最低。花粉粒细胞萌发状态下的[Ca2 ]i=246±38nmol/L,该值与花粉粒细胞萌发状态下游离钙离子浓度用其它方法测得值接近,进一步表明所建立的用Fura-2/AM检测拟南芥花粉粒细胞质游离钙离子的方法是可靠的。     

拟南芥授粉前后花粉与乳突细胞的超微结构

利用透射电子显微镜技术,对自交亲和植物拟南芥授粉前后花粉和乳突细胞的超微结构进行了观察。发现花粉和柱头乳突细胞一些未经报道的超微结构特征,可能与拟南芥花粉和乳突细胞的识别及花粉管生长相关:(1)成熟花粉中,电子透明的、体积较大的小液泡(直径200～1000nm)呈均匀分布。部分小液泡内含有多层膜状结构物质,推测可能是膜的一种储存形式,与花粉萌发时大量出现的小囊泡有关。(2)花粉萌发时,小液泡由均匀分布变为不均匀分布。(3)授粉前后的乳突细胞顶端和侧端的内壁上有明显的壁内突结构,粘附的花粉开始萌发时的乳突细胞壁内突处可观察到直径50～100nm的小泡存在,表明拟南芥乳突细胞具有一定的分泌功能。     

iaaM基因在烟草花粉中的表达及其在花粉发育中的作用

试验利用花粉特异表达的启动子(Lat52)和绒毡层特异表达的启动子(TA29)引导外源生长素合成代谢基因(iaaM)在烟草花粉中表达以研究生长素在花粉发育中的作用。转Lat52-iaaM基因或转TA29-iaaM基因烟草在形态上表现出变异,如从茎上形成不定根,叶呈卷曲状等典型的生长素过量表达的性状。另外,与对照相比,转基因烟草花药中IAA水平显著增加,且植株矮化,开花期推迟,有的转基因烟草未能开花。上述现象表明:Lat52和TA29启动子的表达并不仅限于花粉或绒毡层,或者说这两个启动子的表达有些泄漏。转基因烟草的花药形状有较大的变异,早期的每个花药中花粉数明显减少,但这些花粉可被醋酸一洋红染色。所有能开花的转基因烟草均可收到种子,但收自某些转基因株系的种子不能萌发。所有这些结果表明生长素在花粉发育过程中起重要作用,过量的生长素会导致花粉发育的异常。     

phbA基因对拟南芥质体转化及花粉表型分析

采用来源于产碱杆菌(Alcaligenes eutrophus)的PHB合成酶基因phbA,经PCR扩增后,将验证正确的phbA插入到烟草质体表达载体pBio3-GFP中,取代载体中的gfp,形成prrn-phbA-aadA-TpsbA-ter表达盒,得到质体表达载体pCTHBA,通过基因枪介导,用包裹有质粒pCTHBA的金粉子弹轰击拟南芥无菌苗叶片,经壮观霉素筛选后获得拟南芥抗性植株12株;PCR验证初步表明,phbA已整合进拟南芥的质体基因组中;对转基因拟南芥植株的花器官表型和花粉显微观察表明,phbA基因在拟南芥中得到表达,显现出雄性不育的性状.     

茉莉酸对拟南芥花粉育性的调控

概述了茉莉酸在调控拟南芥雄性器官正常发育过程中的作用.茉莉酸合成型突变体和不敏感型突变体coil均表现为雄性不育.文章对其机制进行了讨论.     

Annexin5 Is Essential for Pollen Development in Arabidopsis

Pollen development is a post-meiotic process that produces mature pollen grains from microspores and can be regarded as an ideal model for the study of important plant physiological processes such as reproduction, cellular differentiation, cell fate determination, signal transduction, membrane transport, and fusion and polar growth. The regulation of pollen development is a complicated biological process that is crucial for sexual reproduction in flowering plants （Yamamoto et al.,     

华北落叶松花粉发育过程中的钙动态分布

运用焦锑酸钾沉淀法研究了华北落叶松(Larix principis-rupprechtii Mayr)小孢子发育过程中不同阶段Ca2 的分布情况.减数分裂时期,小孢子囊壁表皮和中层细胞的细胞壁及细胞间隙Ca2 分布较多,绒毡层只有外切向面的细胞膜有Ca2 分布,小孢子母细胞的各部位则很少有Ca2 ;四分体时期,包围四分小孢子的胼胝质壁上有大量的Ca2 分布,在四分孢子壁上也有较多沉淀;游离小孢子时期,钙离子在小孢子壁的分布较四分体时期有所减少,而到花粉成熟时又逐渐增多;从四分体到花粉成熟,乌氏体周围的Ca2 有增多的趋势.对四分体外壁Ca2 的大量分布与花粉壁的形成及信号物质在花粉表面贮存的关系,以及小孢子囊的外壁、绒毡层和乌氏体在Ca2 向花粉运输中所起的作用进行了讨论.     

华北落叶松花粉发育过程中的钙动态分布

运用焦锑酸钾沉淀法研究了华北落叶松(Larixprincipis-rupprechtiiMayr)小孢子发育过程中不同阶段Ca2 的分布情况。减数分裂时期,小孢子囊壁表皮和中层细胞的细胞壁及细胞间隙Ca2 分布较多,绒毡层只有外切向面的细胞膜有Ca2 分布,小孢子母细胞的各部位则很少有Ca2 ;四分体时期,包围四分小孢子的胼胝质壁上有大量的Ca2 分布,在四分孢子壁上也有较多沉淀;游离小孢子时期,钙离子在小孢子壁的分布较四分体时期有所减少,而到花粉成熟时又逐渐增多;从四分体到花粉成熟,乌氏体周围的Ca2 有增多的趋势。对四分体外壁Ca2 的大量分布与花粉壁的形成及信号物质在花粉表面贮存的关系,以及小孢子囊的外壁、绒毡层和乌氏体在Ca2 向花粉运输中所起的作用进行了讨论。     

Cytochemical Analysis of Pollen Development in Wild-Type Arabidopsis and a Male-Sterile Mutant

Microsporogenesis has been examined in wild-type Arabidopsis thaliana and the nuclear male-sterile mutant BM3 by cytochemical staining. The mutant lacks adenine phosphoribosyltransferase, an enzyme of the purine salvage pathway that converts adenine to AMP. Pollen development in the mutant began to diverge from wild type just after meiosis, as the tetrads of microspores were released from their callose walls. The first indication of abnormal pollen development in the mutant was a darker staining of the microspore wall due to an incomplete synthesis of the intine. Vacuole formation was delayed and irregular in the mutant, and the majority of the mutant microspores failed to undergo mitotic divisions. Enzyme activities of alcohol dehydrogenase and esterases decreased in the mutant soon after meiosis and were undetectable in mature pollen grains of the mutant. RNA accumulation was also diminished. These results are discussed in relation to the possible role(s) of adenine salvage in pollen development.     

Intrinsic GUS Activity in Various Tissues and During Pollen Development of Nicotiana tabacum

The β-glucuronidase (GUS) gene has been widely used as a reporter gene in the study of plant molecular biology and genetic engineering. One of the major reasons leading to the popularity of GUS-fusion system was the belief that there was no detectable intrinsic GUS activity in plant tissues. However, investigators have been troubled by the "false positive" results or "background" activities when GUS assays were performed. In the present experiment, histochemical observations of intrinsic GUS activity in various tissues and during pollen development of tobacco (Nicotiana tabacurn L. ) was carried out using 5-bromo-4- chloro-3-indolyl-β-D-glucuronic acid (X-gluc) as a substrate for overnight incubation of the treated tissues at 37℃. No detectable intrinsic GUS activity was found in seedling root, stem, leaf, anther wall and stigma of different stages, ovule, as well as isolated generative cell and embryo sac. During pollen development, two peaks of intrinsic GUS activity appeared, one, close to the microspore mitosis and the other from the full maturation of pollen lasting to the post-germination pollen tube stage, no or weak activity was found at other pollen developmental stages. GUS was located in the cytoplasm of the pollen. The pH value of staining solution strongly influenced the experimental results. Blue color was visualized at pH 5, even when 20% methanol or 0.2 mmol/L glucaric acid-l-4-1actone (GAL, a specific GUS inhibitor) were added. At pH 7, no detectable reaction was found at all. The aforementioned results indicate that when using tobacco pollen as the target of GUS gene transformation, the assay should be strictly controlled to neutral condition for avoiding false positive resuits.