花粉壁发育相关基因的研究进展

花粉壁是植物花粉发育、受精及抵抗外界环境伤害所不可缺少的结构.花粉壁结构复杂,其形成过程包括初生外壁的形成、孢粉素前体的生物合成和孢粉素在花粉表面的沉积,以及花粉壁内层的形成等过程.对花粉壁形成与发育具体机制的解析,迫切需要对花粉壁初生外壁、花粉外壁、花粉壁内壁形成过程中一系列功能基因及其信号转导研究的突破.综述了近年来对花粉壁发育相关基因的克隆及其功能研究的最新进展,并对花粉壁发育的分子机制进行了有益的探讨.

荧光显微术在鉴别拟南芥花粉壁发育相关基因功能中的应用

花粉在发育过程中,其壁中的不同成分具有自发荧光或诱发荧光的特性,荧光显微术利用此特性来鉴别花粉壁中的化学成分.拟南芥野生型花序的树脂半薄连续切片用苯胺蓝水溶液染色后,在紫外光激发下,胼胝质发出黄绿色荧光,孢粉素发出黄色或黄棕色荧光,纤维素发出蓝色荧光.利用荧光的方法快速简便,分辨率高,适用于大规模筛选花粉壁发育相关基因时对不同基因的功能进行快速鉴别和分类.用该方法鉴别出了几个与胼胝质合成、胼胝质降解、孢粉素沉积模式以及花粉内壁纤维素合成相关的遗传位点.

转基因雄性不育烟草花药绒毡层及花粉发育的特点

转基因雄性不育烟草花药绒毡层及花粉发育的特点罗玉英１李怀军２刘玉乐３李胜国３田波３（１首都师范大学生物系，北京１０００３７）（２北京市蔬菜研究中心，北京１０００８１）（３中国科学院微生物研究所，北京１０００８０）近年来，通过基因工程创建植物雄性...

十字花科植物花粉发育相关基因的研究

花粉发育是一个极其复杂的过程,众多基因参与其中,这些基因的行为控制着花粉发育的各个关键步骤,从而调控花粉发育的正常进行.从分析以拟南芥为代表的十字花科植物花粉发育基因的行为入手,介绍了十字花科植物花粉发育研究的最新进展,包括目前人们在花粉发育的起始、减数分裂、花粉有丝分裂、生殖细胞有丝分裂,以及绒毡层在花粉发育过程中的作用等方面的认识和理解.

莲的绒毡层和花粉发育的细胞学观察

莲的绒毡层和花粉发育的细胞学观察陈祖铿，唐佩华，张和民，刘一鸣，张锦晖，周馥（中国科学院植物研究所，北京１０００４４）莲（Ｎｅｌｕｍｂｏｎｕｃｉｆｅｒａ）属睡莲科植物，睡莲目类群的最基本特征是原生无导管同型木质部，并趋向水生生活方式。因此，在探讨植物...

水稻(Oryza sativa L.)花粉及花药壁发育的超微结构研究

运用透射电子显微镜技术 ,系统观察了水稻花粉及其花药壁层的发育过程 ,发现了一些新的现象 :(1)小孢子母细胞减数分裂期间 ,伴随核内染色体变化的同时细胞质发生了“改组”现象 ,主要表现为核糖体分布密度的规律性变化 ,这标志着孢子体向配子体的转变。 (2 )小孢子外壁的发育始于四分体晚期 ,最早表现在四分孢子质膜上沉积了少量的壁物质。随后沉积增多 ,至小孢子早期即形成初生外壁。此后外壁发育迅速 ,到小孢子晚期外壁已基本发育完成。 (3)小孢子中期 ,小孢子细胞核的双层核膜局部分开 ,并逐渐扩张成一个“大泡”。核膜扩张在这一时期是一种普遍现象。(4 )在花粉发育过程中 ,绒毡层细胞结构发生明显变化 :小孢子母细胞形成之初 ,绒毡层细胞结构完整 ,内质网极少 ;随着减数分裂的进行 ,绒毡层胞质浓缩 ,细胞内出现“空腔”,内质网丰富 ;到了小孢子中期 ,仍有较多堆叠的内质网 ,此后逐渐消失。表明内质网在绒毡层的发育中起着重要的物质合成及运输作用。 (5 )花粉完全成熟时 ,花药中层细胞的壁以及绒毡层的外切向壁紧贴在一起 ,形成了一叠合的“壁”结构。

水稻花粉育性相关基因研究进展

花粉发育为水稻生殖发育不可或缺的过程之一,其育性高低对水稻育种以及经济产量具有重要意义。大量研究发现,水稻花粉发育是严格受基因表达调控的生物学过程。基于此,本文综述与水稻花粉育性相关的蛋白编码基因和调控性miRNA的研究现状,总结有关基因在调控水稻花粉育性方面的生物学功能及作用机制,并对该领域未来的发展趋势作出分析与展望,从而为水稻分子设计育种提供理论参考。

花粉发育的研究进展

近年来 ,随着现代生物学技术及分子生物学技术在花粉生物学研究领域中广泛的应用 ,从而使花粉发育过程中一些关键问题及其有关分子机理的研究均获得了重要进展。目前已克隆了许多与花粉发育有关的基因 ,并鉴定了一些花粉发育的突变体。本文针对花粉发育过程中的细胞质改组 ;胼胝质壁、淀粉粒和细胞器的动态变化 ;绒毡层的发育 ;花粉发育特异基因 ;以及不对称分裂和细胞命运等几个生物学问题的研究进展作了简要综述 ,最后还提出了一些研究展望。

黄花菜的花药发育和花粉形成

黄花菜的花药发育和花粉形成毛学文（天水师范高等专科学校生物系，７４１００１）黄花菜（Ｈｅｍｅｒｏｃａｌｌｉｓｃｉｔｒｉｎａ）又名金针菜。花蕾含有丰富的蛋白质及糖等多种营养成分，经加工后可制成一种珍贵的干菜，供食用。本文对它的花药发育和花粉形成进行了显...

白芨绒毡层解体的超微结构变化

白芨绒毡层解体的超微结构变化刘宁，方瑾（北京师范大学生物系，北京１００８７５）白芨（Ｂｌｅｔｉｌｌａｓｔｒｉａｔａ）的绒毡层为腺质绒毡层，细胞早在小孢子母细胞开始减数分裂时就表现出解体的迹象。这个时期的绒毡层细胞排列紧密，细胞壁和质膜完整，但质膜在角...

上海师范大学揭示花粉壁孢粉素合成的调控机制

2018年7月22日,上海师范大学杨仲南团队揭示了绒毡层转录因子通路能够正向激活孢粉素合成基因的表达,促进小孢子发育过程中花粉外壁的快速形成。花粉外壁外层由孢粉素组成。在植物生长发育过程中,孢粉素只是在花药发育四分体时期合成。在拟南芥中,已报道8个孢粉素合成基因。在此研究中,作者利用与GFP融合基因的转基因植株,发现孢粉素合成基因在绒毡层细胞表达。

α-微管蛋白与玉米细胞质雄性不育的相关性研究

采用两个核背景(Mo17,77)的同核异质、同质异核细胞质雄性不育系及正常品系为材料,以合成的α 微管蛋白基因片段为探针,对玉米细胞质雄性不育系转育前后的mRNA进行Northern杂交分析,首次直接从转录水平上比较了玉米细胞质雄性不育系在败育前后α 微管蛋白基因转录量的差异.结果表明,玉米细胞质雄性不育系α 微管蛋白基因在败育前后的转录量存在着明显的差异,败育前的相对转录量大于败育后的相对转录量,证明了α 微管蛋白基因在花粉发育中起着重要作用,与玉米细胞质雄性不育性密切相关.

玉米Ubi-1启动子在可育转基因玉米植株中的表达活性

本工作将玉米泛素基因-1启动子(Ubi-1)与大肠杆菌β-葡糖苷酸酶基因(gus,uidA)的编码区融合,通过基因枪粒子轰击方法转化来自玉米未成熟胚盾片组织的Ⅰ-型愈伤组织,经PFF选择获得可育的玉米转基因植株,并采用组织化学方法分析了Ubi-1启动子驱动的gus基因在不同组织、细胞中的表达活性,发现gus基因在除花药壁以外的其它所试组织中均可以有效表达。Ubi:GUS在花粉、卵细胞和T_1代转基因植株未成熟胚中的表达显示该启动子在植株发育的早期阶段即具有活性。对T_0代转基因植株的花粉进行GUS组织化学染色,gus基因呈1:1分离,显示外源基因在转基因植株中以孟德尔方式遗传。同时发现,使用玉米本身的启动子Ubi-1可以降低外源基因在转基因玉米中的拷贝数,进而避免基因沉默现象的发生。目前已得到第二代转基因种子。

通过遗传转化Rfo获得青花菜Ogura CMS恢复系

【目的】将来自萝卜的胞质不育恢复基因Rfo导入到青花菜Ogura细胞质雄性不育(cytoplasmic male sterility,CMS)主栽商业品种‘耐寒优秀’(命名为SFB45)中,获得Ogura CMS恢复系,打破Ogura CMS材料在生产上无法再利用的现状,为优异种质的创制和改良提供新途径。【方法】利用基因合成的方法克隆萝卜Rfo的CDS及其启动子序列,构建表达载体pRfo::Rfo。通过农杆菌介导的遗传转化方法侵染SFB45的具柄子叶和下胚轴,进行再生、抗性苗筛选和PCR鉴定获得阳性植株,开花期观察转基因植株的育性恢复情况;用亚历山大染液分析对照组及阳性株的花粉活力;分别提取对照组及阳性株<3 mm和>3 mm花蕾的RNA并反转录成单链cDNA,设计特异引物,利用RT-PCR分析Rfo及绒毡层和花粉壁发育相关基因在SFB45及对应的育性恢复材料花蕾中的表达差异。【结果】通过遗传转化共获得10个阳性株系,其中8个株系育性得到不同程度的恢复,花粉活力为84.2%—90.4%。RT-PCR分析结果表明,育性恢复植株花蕾中Rfo表达,绒毡层发育关键调节因子DYT1和TDF1及花粉壁主要成分孢粉素合成所必需的基因ACOS5在育性恢复植株<3 mm花蕾中上调表达。绒毡层降解相关基因AMS、四分体胼胝质壁及花粉外壁发育所必需的基因CalS5和CYP703在育性恢复植株>3 mm花蕾中上调表达。分析阳性株系R-1、R-3和R-6自交及杂交后代发现转入的Rfo能稳定遗传,符合孟德尔遗传。【结论】通过遗传转化Rfo获得了优良青花菜Ogura CMS商品种SFB45的育性恢复系,且Rfo的转入使绒毡层及花粉壁发育相关基因恢复正常表达。

控制雄性育性的核基因

1 前言 在高等植物中,雄性器官和雌雄器官的发育过程是相互独立的,并且独立于营养生长过程,这种独立性使得对育性过程进行遗传学分析而不破坏营养生长成为可能。 雄性育性需要一系列与发育有关的事件的协同进行,主要包括:雄蕊及花药作为花的一部分从营养分生组织中分化形成,花粉粒在药室中发育,花粉的及时释放及落于柱头之上,以及在自交亲和植物中雌雄配子之间的相互作用。任何干扰上述过程的突变都可以产生雌性育性正常但花粉功能受损的个体,在自交亲和植物中该类突变被称为雄性不育(ms)。

无花粉百合有望诞生

百合一直以花大美丽而深受人们的喜爱，但美中不足的是花药开裂后，花粉散落，对花瓣及环境造成污染，极大地影响了花朵的观赏性和应用性。据《农业生物技术学报》报道，中国农业大学观赏园艺与园林系等单位，为解决上述问题，他们用新铁炮百合为试材，在建立无菌小鳞片多频再生体系的基础上，建立高效遗传转化体系，通过农杆菌介导法将玉米花药发育相关基因zm401导入新铁炮百合中，再经分子水平的初步检测证明，外源基因zm401已成功整合到基因组中，从而获得了阳性植株。不久无花粉百合将会问世。

中亚鸢尾(Irisb lowdowill)小孢子发生和雄配子体形成

选取中亚鸢尾为试材,通过石蜡切片的方法,对其小孢子发生和雄配子体发育进行了观察研究。中亚鸢尾花药壁发育方式为双子叶型,绒毡层为腺质;小孢子母细胞减数分裂时胞质分裂即有连续型,也有同时型。小孢子为四面体型和左右对称型,成熟花粉粒为二细胞。

转录因子AtMYB103是拟南芥花药发育必需基因

在花药发育过程中，绒毡层细胞为花粉发育提供胼胝质酶、合成花粉外壁酶及花粉成熟所需的其他营养物质．许多绒毡层发育关键基因的突变都会导致花粉发育缺陷，从而导致突变体呈现雄性不育的性状．