（环境科学专业论文）转录因子MYB103调控花药发育分子机理及拟南芥中重金属离子转运蛋白的研究.pdf

上海椰范走学硕士学位论文 a b s t r a c t a 羲蠢嘞蚴括棚稚嚣s 宅。建k 辨稚掂瓤辩p j 始w 蒜ss c 帮e 熟e 矗稚s 赫g 鞋矬e 攮y l 瑚# 壕鞋n e s 迸勤n g 拇( e m s m m a g e n e s b 。am a p b a s e dc l o n i n g 鑫p p m 壤c hw 8 s 朝s e d 擞l d 胤j 8 8w 舔 精糊矗弛毪辖g i o no f 舛，8 孙b 愀盎差矬d e lm 甜疑髂x 2 4 e l 蝴dm d a 7o 巍 c m o s o m es 。t h 诹揩蘑c o n 协i 飘s 鑫像m 蝌；p 6 0 n & t o r 爿l 汹瞎z 椰( a t 5 g 5 6 1l o ) 。 s 镧黼黼a i 挎i sr e v e 酶罐氆a l 黼彳嬲h 豁ap 端删建聃辩s t o pc o d 触i nt h e d i n gf e g 洒n o f 廊砭瞪i 聍童at r a n s p o s o n t 喇n 窑1 i n eo fm 斟凇j 艟g h t 舶m 触k e n j a p a l l ) 砖s b w 葚抛es 辩牲l e 曲黼。耄y p e 孙et e 或o fa l e i i s mi n 稚c a t e d 虹l a t 嚣舾8a n d 4 狮写j b e l o n gt ot h es 擞n el 僦醢s ，“g h tm i e s c o 辨曲s e 辨a 畦触s b w e d 攮戢c 8 l l o s e e a nn o tb ed e g r a d e di n 掰s ，韶韪扎m 材黼s u l d n gi n 甘l e 乱f e 戚o fm i c r o s p o r er e l e a s i n g 行o m 吐撑t e 抒a d s e l e c nm i c r 。s e 。p es h o w e d 啦越蠛鼙喊e $ 辨嫦si n 龇m 蛙勰娃1 8 c 靶砖 e x i n c o n i yf e wi 辩g 试甜p o l l e ng r a i n sw 导r eo b s e r v e di nm ed e v d o p e d 郴，船锄t l l e r s 轴。喇e ft oi d e n 蛀每g 鼢e s 辩笋l 越e db y 旃矗册j 黜，r 孓p e 廷躺蘸 了s 蝴辩# f 。热e l ， o u rf e s u l t ss h o w e d 幽a te a i l a s er e i a t e dg e n e 一6w a s d o 、 甘l r e g l d a t 。d ，a i 】dm ee x p r e s s i o n o f e x 纽ef 礴檄撕辨lg e 斡e 刺鼢e 8 nn o tb e 瘩籍c 量e 畦浊墩em h 缘瓣鑫转畦l e f a l l 醅s e 撑s 撞l 趣 s u g 卵s t 协a t 旃似】信，c o n t r 0 1 sp o l l 。ng 糟i nd e w 】o p m e n tb yr 。g u l a 廿n gm i c r o s p o r e 撑l e 耩s ef b 辩娥糖蠡翻de x 嚣# l 函b a 蛙娌l 溉蠢凇6 捌雄嘲奢珐# 敞t h 躐 5 t 潍师范大学碗士学位谂文 l 。前言 1 1 花药和麓粉澎态发育 1 1 ，l 施麴发霄源瑷 花整狡物的主要生殖器官，荣典型鲍植物花象主要毽括銎个组成部分；花 莓、花瓣、雄蕊和潍蕊( 丽l 。1 ) 。撼蕊是诧中懿个重要瓣组成部分，显截榱镶 中的雄性生殖过程是在雄蕊中发生的( e s a u ，1 9 7 7 ，b o d i n g e k1 9 9 2 ) 。遮一过程包 撰二倍体熟绷腿经躐数分裂生成单偿馋鲍攮瓤子：小穗子 小凳子缀霄丝分裂形 残多棱姆含精缀麓鹄花粉粒。花秘及花粉发霄辫常会簿致雄性不育，罐性不育怒 生产上杂交商耪粒基鹂。蕊梵对裁藕凝花粉发霄豹深入搿裳有重要瀚琏弼价值。 筒j l 褥韵绪摊承露蝌 避蕊港耱予檀耱产釜藐耪懿嚣寓，盘耱熊帮花药秘辩势镰藏。傻子花被静内 方或上方，在越托上壁轮拔或螺旋状排列。霞卡字花秘中，援蕊数爨为5 个，瓣 长两短，猕为鞠强稳黎。蒋丝楚撩蕊纂都辩藕状部分，越支持稻伸袋花药豹傅掰， 也其有运输求分与营养物质的功能。稳药怒雄蕊中最煎要的组成部分，常以药隔 分袋两个药窥，每一翁纛媳1 个蛾2 个藐耪囊。花粉囊是产生花粉的地方。花蕊 购壁由孢予体纲麓包撼袭皮层、虑裳皮层、中蚓爆帮皱毡堪构成。缄毯艨为葱糖 囊周围的特殊细胞层，其溉棱或多棱结构，细胞内含较多的鬏n a 秘蛋盎睡，并枣 濑艨移类嘏萝b 素等蘩赘物矮，其露擞应藐粉粒发育所需葬瓣煞住磺。菝粉裁熬 拜雩，花耪囊辩行开裂，敬爨花粉。 ( 珞l 强镧等潋烟草为枣砉崧，详缨描述了麓翡发簿静过程( g o l d b e 堪戳赫。，i 9 9 3 ) 上海口币范太学硕士学位谁文 花药发育分为两个主襞的阶段( 图1 。2 ) ，在第一阶段，花药的形态开始建成，备层 缵胞组织开始分纯，小獭子母缁胞开始减数分袈，到第阶段结柬时，花粉囊中 层细胞已经分忧完成，小孢子母纲穗完成了减数分裂形域露分体。在箦二除段 中，花药增大，花篮增投，绒毡痿等特异缝织退化降解，藏糖经过2 次蠢丝分裂逐 渐发育形成兰核花粉粒，最后花粉囊破裂，花粉释放( 圈1 2 ) 。花骑形成和花粉释 教的发育进程受严嵇的辩润调控( 轴l t u n o w 娃a i ，1 9 9 0 ；s c 吣e l 柏，i 9 9 ) 。花药辞j 细 藏瓣分纯爨及齐裂都商与藐蔻静大小籀关，有精确酌甜润颥穿。上髓既9 0 年代对 花药细胞分化，组织降解，特异表达基因的斜究，在分子茗【 遗传水平上都有很大 的突破( a 丑s s 1 9 9 l ；m c c o n n i 出1 9 9 3 ，2 0 0 4 ；s c 硝o ta 1 。1 9 9 l ，k o l m w 戥a l 。 1 9 9 0 ，d a w e 蝴df r e e l i n g ，1 9 9 2 ；a a r t se ta i ，1 9 9 3 ；p r e u s se ta i ，1 9 9 3 ；0 0 l d b e 皑e t 越。，1 9 9 3 。 翻1 0 藏药发育圭攥输段 扫撼嚷辘鞋厦先镜下娥蕈怒薨琢基与菇热鞲甥垂斡示意鞭f k e 酗辫w 啦瓠1 9 辩；珏弛锵鞋 鲥】9 9 2 ) c ，连接细胞；c c c 圆形细胞簇；e ，表皮层：e n ，内表皮屡；p g ，花粉带盘 p s 花粉蠛 s t ：裂口细胞：t 。绒毡屡：州，四分体：v ：导管细胞 在越南莽中已经译缡研究了诧药的形态发生，根据花药的细胞学切片的光镜 观浆结果将其从雄蕊擐基发生到藏药歼裂脱落详缎地分为 5 个对期f s 鑫砖d # # 矗采， 1 9 9 9 ) ，在l 一4 期中，诧药腰基开始细魏分裂形成器层组织，矮灏形裁成熟芯药魄 7 上海师范大学硕士学位论文 腔，壁，连接镪瞻帮器管区域( 臻 一3 ) 。翁5 麓，具寄鞲螽结构蛉芘莼器基撼予 体细胞逐渐分化形成了内壁层，中间层，绒毡层和小孢予母细胞( 圈l 一3s t a g e 5 ) 。 小孢子母细胞经过第5 ，7 期的减数分裂形成宙有单倍体小孢子的四分体( 图1 3 $ 攮g e 7 ) 。溺分俸， 鼋囊有一疆淳嚣鳃耪l 震艨。小孢子在第a 麓赉子瓣糕凄酸复 合体降解胼胝质层的作用从四分体释放出来，并且在第9 】2 期经过两次有丝分裂形 成三核的麓粉粒( 图l 一3 ) 。随着花粉发育花药也不断增大，部分花药姆异组织降螂， 在第i 2 - 1 3 期裂口细胞破裂后形成了两室的花药( 图l 一3 ) 。在花粉释放后，花药逐 渐衰老并脱落。( 图1 3s t a g e l 4 a _ c ) 。表1 1 列出了发生在缚一个过程中发生的关键 步骤羁存在憨缍藏帮缍缎，班致藐、葱药、蓬羧嚣发育跨赣麴分类( r g 曩n d m o f f 乱t1 9 9 0 ；s m y t l le ta 1 1 9 9 0 ；b o w m a ne ta 1 1 9 9 1 ) 上海师范大学硕士学位论文 拦l * 3 截裔芥菇药撒霄鼬 4 个辩帮 肌a f c h e s p o r j 削c e ；cc o n n e c t i v e ；丘印i d 目m i s ：砌，c n d o 曲e c i u m ；三，朋，1 d 3 。t b et h 懈e 删1 - l 州e r s 协s t 删e n 势i m o 蚶 a ；m e ；畦i e 积k 概，m i d d l e 8 坶f ；赫蜮e f o s 舻瞎啦8 盎盯钟l l s ：腻鞔m 汹单。嘲：，黑f 浊蝌 p 鲥e 诅j l 蜊e r ：0 。rs e c 酏吐a 牡p 盯浩嘲驿1 1 l a y 甜* i $ ，p n 豫拶3 p o r 。g e n o u s l 删如、s p 。r o g e n o u s c e i i s 二瓣 蜘m i h m 懈# l 黼；f a p e 锚攥；孔辩喇s ，虻v a 铺“l 群辑g i 糊飓热u s 渤d ! ； 鼽拍i 盯o s p o f e s ；p o h 翩 g 舢n s ，舶，s 印t u m ；且，s t o m ；u m ；踟，s t o m i u mr e 辜_ i o n ：ft 8 p e t u m ： 上海师范大学硪士学位论文 表1 1 花药发育韵关键步鞴。存在的缅骢和组织 1 3 1 4 5 藐蓦在裂缝妊抒裂，花粉教释敬 雄蕊开始袭老，缨耀与兹势结牧收缩 裢蕊照囊老赫拖串辘落下泉 致轴，p 醢v e| 3 一1 4 蠡，v # 1 5 - 搏 +。”1+”“”“。”_-“_”_”-。-一 a ：瓤盯c 慨p 。r a 1 ；c ，。o n n e c d 摊；嚣，印l d e r 擞 s ；勘k 黼d o t h 曲懈l ：l l ，l 2 ，拍d 琳，l 艟t 辩ec e l h 蝌蝌o f 啦es 她舯趣 州枷斌m 琶：| 州。娜m k 蛳 村kl a y 。r ；m m e ，m i c 嬲悱m 。t h e rc e 城m s 冉弗 i 啪s p o 麟2 。p ，5 e c 。n d 螂 p 州耐a i i a ) r ：p g ，p o l 】e 1 1g m 嘛s m s e p t u m ；s p l 印。嘴e n o u sc e s t n a m i u m ；t ，t a p d u m ：t d s ，t e t 阳d s ；v v # s e # 1 8 f 8 ：f 轴w e r 如v d o p m e 瞰m a g 麟搬k 聃精o f n s m 蚪h t me 1 9 9 拍d b 。帅船e f 越，f 1 9 9 1 ) c ：孙”懿d # v e i 郇e n 士s 碴g e s l a i c 翎汹耻g 黼a 钓d m o f 缸 9 9 0 ) 0 上海师范大学吾舅士学位论文 l 。1 2 蕊粉发育原邂 授子植物花粉发霄包括小獭子发生( m i c r o s p o r o g e n e s i s ) 和小配子发譬兰 蝴i o r 0 9 8 m e t o g e n e s i 嚣) 这秘个连续的避程，这薅个过程在蕊室中进行，并受绒毡屈缓 臌调控。小搬子发育起始于花粉母缎胞p m e 的减数分裂，著产生4 个攀倍黪小豫 子形成四分体( t e t r a d ) 。每个四分体都包裹糟屡厚厚的胼胝质层。在小配子发育 除段，在绒穗层分泌娓瓣羝矮酶复合俸静作瑶下，小翘子胰圈分体释放，经过铺 鼹壤大，绸藏壁合袋及不均匀豹霄丝分裂，毙澎成一个饕弊缨脆鞠个生殖霸惑。 生殖细胞被静养细胞的细胞质所包裹，生嫩细胞再进行次有丝分裂，形成了巍 个精细胞。成熟花粉在从花药释放时处于部分躐水的状恣，粘附予柱头上鹾，花 粉再水台，游养细胞逐渐生成花粉管，随蓉花粉管的增长，营养细胞的核以及两 个糖缨溅避入花粉管，壤纲骢最终遴入憝囊究袋受精( 强l 堪) ( 醚c c o 撼i c k ，1 9 3 ， 2 0 。4 ) 。褒甍羚发弯避稳中，绒慧拦越到了燕要捧鼹，琏：翔小穗子释放，营养 蕈用， 花粉外壁形成以及花粉包被的沉积，绒毡屡在花粉发商后期降解。小獭子释放和 籀精抖鹫形成都是花粉发育酶重要 j 蕊程。 匿 4 托特发育一艘馘毽 上海嫦范大学硪士举位论文 1 2 蕊菊缄毡层的发育及其功能 绒辘层能于花酾壁觏层孢子体细胞的最内屡，与配予体直接相逢。因此，它 在花粉发曹l 窭疆中莛蓑震要戆律霸( s h v 8 m ae 蕊，1 9 9 7 ) 。早期妁垩瓣魏学躐察发 现，绒魏蘧镄瞧毒浓整瓣翅您质+ 多棱缝鞠，以及一撩冀它羲绥魑嚣，显示7 冀 在新陈代谢中的重要作用( s t e v e n s 渊dm u r r a y ，1 9 8 1 ) 。花药发育早期，绒毡层包围 蒋花粉蹲细勰，为发育的小孢予摊供各种静养物质( m a s c a r e n h a s ，1 9 9 0 ) ；绒毯屡衙 离，j 、孢予静旗膜表丽其有骥滴体，这擅油体被认为与花粉鳖的生物合成相关( s t c e h 1 9 7 7 ，w u 稚a 1 ，l9 9 7 ，p i 娥m d 琏1 9 9 8 ) ：当小孢子母纲腮竞成减数分裂压，绒毯攫 适时地分泌麟胝质蘸笈食体激分解包裹四分俸的聪骶藤蹙，释放小斑予f s 捷趣l i 让， 1 9 7 7 ) 。绒毡屡细胞的分化形成需要l 2 与l 3 层原基细胞的同时参与，位于花粉囊内 嚣氆静绒毯震缀麓疰 泉源予l 3 蘑的连接组绥特纯掰来，丽辨镯斡绒毽联纲麓猁起源 予1 2 屡黪穗瓣缀貔檬s 稿氧 9 7 7 ) 。 由于绒毡层细胞与发育的小孢予或花粉之间存在赣种直接接触的关系，当 避静正常的交流出现紊乱时，就会警致雄性不黼。撼落不霄的发生与缄毡层= 常 的发育途径羹干扰有关。g o 】d b b 增等( 1 9 9 3 ) 利用细胞霉索基因在缄毡层中特辫装 遮壤绒魏屡瀵亡，馨致了，l 、憨子静避早髑亡，揭示了绒毽震缨憝在花粉发育过程 中不可替代妫俸震。 研究缄毡层在控制花粉发育中的重要功能已逐渐成为研究热点，比如胼胝质 酶复合体捅关基因( b 蝣a 酉i ac ta 1 ，j 9 9 4 ，h i 蝴o ta 1 ，1 9 9 3 ) ，腊质与裳薄酮合成栩 芙纂困( f o s 蛳辨a 1 ，1 9 9 2 ，k o e s 尊t 赫，1 9 9 0 ；v a n t u 硅e 1 1 戗翻，1 9 9 ，一燕油体蛋白编 妈基因，雕绒毡层中特嚣表达的被甘涟三酸醚靓裹懿摄惑、蜜含甘爨簸积半黢鳃 醮的分泌爱囟( a g u 王艄ds m i 墙，1 9 9 3 ；c h 。n 鑫n ds m 拣，1 9 辩；r o b c 娃娃赶，1 9 9 4 ； r 0 8 sa n dm u 巾h y ，1 9 9 6 ，r u i t e re ta 1 ，1 9 9 7 ) 等被陆续报道。在拟南芥中，一f g 朋 基 溺缡码一个膜锚定静嚣灞，3 一磷酸酸蒸转移酪，该基霞突变体缓毡瑟的内痪网轮群 教交显分泌减少，造成太多数花粉萎缩，严蓬彩晌植拣霸孛耋( z 酶n ge t 越，2 0 ) 。缄 毡层特异表达的与花粉外照合成相荚的基因( p a x s o n s o w d e 摊，e ta 1 2 0 0 l ，a f i i m l e t 村，2 0 0 3 ，2 0 。4 ，a a n s ，1 9 9 7 ) 也被分离得至4 。并鼠，一些调控绒毡掇组织分化和形 成的基因也被克隆出来( 1 h e i b e n ，2 0 0 】，y a n ge la l ，2 0 0 3 ，z h a o ，2 0 0 2 ，k 神0 0 r 眦a 1 2 0 0 2 ，w s e la l ，2 0 0 l ，c o l c 。m k le | 曩l ，2 5 ) 。在矮攀串中，捌拼基强编疆了一 上海师藕大学硕士学位论文 个锌指结鞫转录因子，该纂因豹沉敬捷绒毡臻程痔性甏亡机制无法被榔制，导致 绒旗层提早衰迢，飙褥产生不育健状( k a p o o f 髓a 1 2 0 0 2 ) 。无独宥稍，在拟南芥 中，a 据j 也编码了一个镑搬转录因子，该基因的突变体也毒榈 娃表型( w l s o ne t a l ， 2 0 0 1 ) 。丽擞南芥的聃p ! 腰a 嚣基阂鳊玛了个甯含嵬氮酸重复序酬魄受俸蛋是 激酶，这个基因调控了绒毡层细胞的分化，在对它的转庶予雄性不育突变体观察 射袭现，蕊莼豢基鹣缄毯攫翦体分纯两小孢子母绥麓( z h a o ，2 0 0 2 ，y a 雌e 嚣i 2 3 ) 。 l 。3 辩糕震酶在花粉发誊率酶作磺及穗关基西 一l ，3 ，蘩聚耱酶楚簿诲多家赣鹣永瓣酶粪，潋酶霹底豹瀚特往分为掰太类。葡 聚糖内切酶把长链的底物切成短片断，而葡聚糙外切酶则在长链末端水解单个糖 单德。目前大多数弘】，3 葡聚糖酶的嫩物学功能熄抵御微生物的感絷和入侵，但是 也商一些此炎水解酶在根中和花组织中表达，德们的功能与植物防御机制无关 ( 舶e ta l 。，1 9 8 9 ；m e m e l i 曛痰a l 。，1 9 9 。毙魏在芘药斑特弊轰达豹辩l 藏酶爱会 俸( 由麓糍糖悫落酶謦疆蛳甥酶构藏躲复合髂) ，只与霆分搏戳裂鞋及，j 、捷予释敷鞘 关( f r 甜血e le ta 1 ，1 9 6 9 ) 。 在植物雄配子发育过程中，减数分裂期斓及其以瑶翰细胞壁的形成和分解是 一个独特的过程。四分体的细胞鹫 掰骶质艨) 主要由小孢子母细胞分泌的争l 。3 。 龌凝糠组成。麟胝质鼷艇奄姆小魄孑彼北分开、将其与豫子体缨膣屡隔离、以及 防止妻既胞融合嚣作用( w f 瓣攮e y ne t 融，1 9 6 2 ； 壬e s l 畛h a 掇n 鞠dm k e n z l e ，1 9 甜) 。 此外，胼胝质层还防止了小孢子过早发育、井提供了花粉外壁发霄的模扳 ( w 躲曛e y n d i n 蠡甄1 9 7 0 ) 。在减数分裂之鹾，辩璜瑶凌宙绒毯谣分泌的骈糕 痿酶复台髂( o 城8 ) 鹣挥耀下被簿解，西势侮释藏密夺毪予。在谣食巾，1 3 葡聚糖内切酶穿越位于小獭子初生外艇上的小孔到达肼胝膜层，从丽降解b 1 ，3 。 葡聚糖，来释放小孢子( s t e i g l 池da l 。，1 9 7 7 ) 。葡鬃糖内切酶的活性主鼹在缄毡层中 被梭测到，而葡聚糖井切酶主要在花药外层细胞中表达。肼胝质酶复合体降解胼 聪袋层的俸翅农时闯上受严格瓣调控，在矮牵孛鞠高粱中避翠或筵逡瓣蘸震瓣 黪袭达会导致小跫子浆蹲瓣( a 畦8 le | 越，1 9 6 9 ；瑚h 糯b8 搬o v e a 瑰 9 7 2 ) ，耱辨 源的p 1 ，3 - 葡聚糖酶转基因导入烟草中使其过早袈达也会导致部分或究垒的雄性 不肖( w o i | 嘲le ta i ，。1 9 9 2 、。 上海师范大学颤l 学位论文 要翦，懋经报道了且唾、在蓖焚孛特异表选瓣编码洳l ，3 - 蘩聚耱淹甥辩嚣鏊鞠。 程耀荤中，矧露源穿戮分辑静方法分离到了礅g ? 基嚣。经检测，该蒸围饺在潮分 髂分裂翦期程绒毡震中露离表达( 转黼o i 8 蠡瓤醚鑫l ，i 9 擎碡) 。在熬南芬审，蠢6 鏊魏编 码了一个# 一i ，3 ，葡聚糖酶的弼巍登豳。虽然冀缓海豹大小接近于葡浆稽卦切酶，但 序列分析栽明，其梭酸序列与葡聚糖内切酶黼艨同源。在转基因烟孳中，爿6 启动 予在花蓊中特异表运，磺且爿舀赫p 的袭达导致了煅擎中绒毽屡膝熬以及撼拣 不商的袭魁簿i 砖就娃，1 9 9 3 ) 。煎熬遮且个基戤融室表达懿数据显示宪熟在理努簿 释放时起作用，但是联前没有直接的证据证实它们在小穗子释放申豹基俸功黪， 并箍黪溉矮体降舞熬蠲控抚理瞧滏寨明了。 1 4 麓狯壁的发育及骝关基因 在太多数攘物中，拖粉壁怠裁内按( 蕊糖肉燧i 啦遗e ) 帮 落( 藐粉矫壁“h 辩) 。 花粉辨壁又分为聪堪：程蜂窝状豹终壁外攫( s i 黜) 戳及平缓匏井壁内绥 国o x 拯e ) ( 凿l 一5 b 舞懿瘸艨是在袒蹙辨壁降瓣戳嚣形成拘，俸为外麓发鬻的臀槊。 花粉外鹫在抵御不问环境压力，微生物侵袭和细胞识别中越重要作用。花粉外髓 由囊杂韵嚣架和顶盏结构构成，檄端抗腐蚀的孢耪素类物质是外壁的主要构硪煺 s ne la i ，1 9 9 4 ) 。跑粉索是盘一燧长链s 黯酸、氯化芬芳黪以及笨蹙瓣羧类躲糯 聚合而成。在花粉发霄的四分体时期，初生孙壁：一秘纤维素层褒小德予质膜秘 黪瓢臻星之阐积累，形成了支架结构l 三 剥予藏髓囊沉簿，并在四分体浚擐经之逐 澎澎成督絮和疆盏酌裁体结构。程辫黼质层阵解霸，小孢予被释教劐裢粉囊中， 9 壁静嚣絮礤惹结构也逐辩增大。在嘏棱裁糖潮，矫璧韵网状结构邕经竞全形藏， 花粉被一鼹教密的其花纹络鞫的外熬德裹。 些在花粉外壁形成中出现问题的拟南芥突变体陆续皱分离得到。舰瓣基因编 鹃一个预测艨肪酸述藤酶，其馋罔是催他e 镕膝羧转变为滕臆醇。它参与了苯嚣 簿会成途衽。# 2 突变体戆藐龄蠢终壁结据鼙照豪裂为宠全不育f a a 蛾s 破8 1 ，1 9 辩： a 必se t 越，。1 9 9 7 ) e 在拟凑芬菇耪发翥过程中， 昱瓣是藐粉， 壁网络绻搦形残的崧 瓣蒸因。这个鬣自燕耪生辨壁鼓内葳阏魏鳃畿部努，稀斟对瓣参与期生外壁前体 的聚合( p a x s o n - s o w d e r se ta 1 ，2 0 0 1 ) 。程励j 突变体中，小孢m 子外壁可以形成，但是 矫蹩的嘲络结构被改变了，导致花粉寝面异常光滑。这个黎霞可畿编码一个转运 t 簿师范大学碳士学位论文 蛋囊或一个脂膀酸台威馕蝗酶，在稳狳素辩瓣膜金成中怒到荧键髂翅强蛀i z 瓣娃 蛙+ 2 0 0 3 ) 。a 毽秘列编瓣了令袋摄秘。这个蒸骝豁缺必澎桷了绒毯攥蕊休中灌脂 税累，襁生孙鐾形成默及搀糖素浆台成。凌呦突变 零中，没密拢羚井壁结椽 ( 蛳i z “髓叠： 。2 羽4 ) 。最熬这些突变棒的研究镘我们对花粉辩壁发育过程有了定 的了解，俩是对其调控机理的研究述不完管。 躞l 一5 花糖壁结糖 e x i n # ；葱粉韩夔 s 拽l n 艮补攘补馒；n e x m 井艟海屡； # n e ：诧羚内 麓；殛p h i n e ：鸯油撮；p m ；蔟麒；c 娜p l a 锄 鳐胞鹱 1 5 撩褥雄性不育概念及箕拟南芬串糕美蒸因 植株雄性不育是攒植物在有性繁殖过穰中不能产生壕常的花热、诧粉或撼配 予的遗煌骥蒙，它广泛存在于开裁搜物中。撼k l ( 9 鹃) 攥道，蠢经在4 3 莘尊、 1 6 2 属、3 2 e 令静静6 1 7 个酗= | 孛或静溺祭种中发现雄往不宵。杂种谎势宵种酷成为穗 物遗传育秘躲主要方法，糖物雄牲不肖是锥秘杂瓣优势裁罔鹣重要途径，雄健不 肖椿的存在为簿本酶选育王作省去r 大量韵物力和财力。随着分子生物学、分予 遗传学基础理论的研究及各项投术的缴展，以及花粉发宵分子生物学的深入研究 和象物技术鳓不断推进和发展，植物雄性不育已与基鳗3 ：程接孰，产生了一辨麟 型的获取雄牲不商拣系熬方法，将撼动攮貔避搀窝秘工 擘躲藩更热广瓣瓣领域笈 展。 嚣e s l 印一渤喇s 。珏( | 9 7 1 ) 按氆找交替撼雄链不霄划分为撼子体不育鞘醚予体不霄 2 种类垄。孢予体不育措花粉育健受到魂子体( 植称) 基闲蕊所控制，与花粉本身 掰甯基禹觅荚，丽配予体不育是掩花粉育往宣疆受雄配予体( 花粉) 本努基因所 上海椰范大学馘士擘健论文 决定。 k 棚在蕊结前a 研究的基旗上将植耪潍链不育飘不育性静熬因型组成角度土 划分，分为核质互体雄性不育秘细瓤核雄性不宵2 秭类型。核质羹作雄性不育盎核 不育基因莉缌胞质不鬻基因搬黛馋甩丽产生的，为了岛核雄性不肖辩敷，弥为缎 胞质雄性不育( c y t o p l a s m i cm a l es t 嘶1 i t y ，c m s ) ，c m s 不育性是核、质不育基因 曩作静缩栗，不育褴受拔、矮蒸因的莛嗣控涮；磊棱、鹱基因其有较严格的互俸 专效蛙。爨藏囊基瓣缀嬲硬究表嬲，e 鞑s 是l 鑫予线粒簿麓鞭组静藿撵导致静，不 宵基因主要存在于线粒体上。细胞拨雄性( ( k n i cm a ks t 枷l i t yo m s ) 不育鼹由1 对成几对棱旗因控制，不受细胞质影晌，没有难、反交遗传效应。隐生核不育对 环境敏感，恩性核不育甜环境不敏感。大多数的雄性核不宵属于隐性核不育。核 举育十分蒋遮，已经在2 1 6 个 十霉鞋1 7 个静闻杂静中发褒了棱不毒瑗氟，其中黪性援 不蛮占8 8 嚣显性梭不商仅占1 0 。 在花粉的发育过程中有大鬣的基因袭达，据估计仪特异性裟达的基因就有 3 5 个左右( s 韪n d e r so ta 1 ，1 9 9 9 ) ，商其中醐* 1 个基困为穗粉发育所必需的，这其 中饪侮个耩西的突变都会导致雄健不育( w i i s 。ne ta 1 ，2 0 0 1 ) 。舀前已经报道的拟 南莽雄性不霄基因脊二二十多个。凰l 硒列出了圈翦已被宽隆麴与雄性嚣携相关瓣基 因在拟南芥5 条染色体土的分布耩况。荣莉酮酸( _ a s m o 嫩oa e 避) 蹙棱物体内广泛 存在的一类生长调节物质，与花药开裂、果实成熟、根的生长以及植物对昆煦和 瘸原俸泌援捷有关r m 矗n ， 够7 ) 。鞋下基嚣与繁藕酮酸合成有关：鼬鼎 ( a 让薛9 9 8 0 ) 、娩疗7 a 3 9 lli 7 及瓢嬲( a 1 5 龄5 5 8 0 ) 三纂禹突变钵键檀撩豹三烯脂 肪酸的生物合成受到了影响，从而导致不商袭型r m c c o n ne ta l 。1 9 9 ：删d f ( a t 趣4 4 8 1 0 ) 黎闲编码了个叶缀体磷脂酶a 1 德避j a 的生物食成，囊动予g u s 分析 该基因在雄蕊花丝中特异表达( i s l g u r o 甜a 1 ，2 0 0 1 ) 而在对o _ p 船d 删 ( a 珐鲫6 0 s 0 ) 基因鲍职究中发瑗，0 尹露3 缀碣了个1 2 街秘甜i e n o 瓣还爨酶，嚣 誊参与产生j a 翦体o p d a ，照蠢会成j a 来调控稳丝懿 率长、藐药开裂默及兹耪发 胃( s a n d e r se ta 1 ，2 0 0 0 ；s t i 舾e ta l ，2 0 0 0 ) ；一0 s ( a t 5 9 4 2 6 5 0 ) 基因在j a 合成通路中编 鹃一个蔼二烯氧化合成酶，它的突黛都会；i 起拟南芥稳椿麓药开袈推迟丽导致雄 性不育p a 癍e ta l ，2 2 ) ；f ，( 勰? g 3 9 9 4 。) 蒸溺捌编码了一个f b o x 缀自，该蛋 自在形成e 3 型泛素连接酶中起重要作用，从蕊瘩调节j a 襁芙藻因的袭达( d “。t o 戳 a 1 ，2 0 0 2 ) 。当用幕莉酮酸处理这些雄靛不育突变体时，这些突变俸又恢复了弯性。 上海螂范夫学颈士学位论文 通过这燕突褒体鹊研究及对萁辐斑纂困酌完隧，溺萌了拟南芥谇肉滚藕酮酸遮一 穗耪重要的信号分予在体蠹静合擒途径。 在与小孢子减数分裂的相关基阕中，现在竟隆到的霄；脚j ( a t l 9 6 6 1 7 ， 该基因编码p h d f j n g e r 转录因子后者贸费调控减数分裂时的基因袭达，其突变 将导致性母细胞死亡( y a n g e ta l ，2 0 0 3 ) ：$ w ，( a t 5 酌5 4 9 0 ) 基因编码一个r a d 2 1 耀关蛋鑫，该蛋尝在袋夔捧浓缩帮姐妹染毯孳体配瓣熬过程中起作麓( b 叠e ta l ， 1 9 9 钝；艘藩? ( a l l 9 7 5 9 弱) 基因熬突变导致染色体减数势裂i 嚣期荣色体分璃不 均一( ge ta l ，1 9 9 9 ) ；a 瓶，p o 胁h 舾妇( a t 4 9 2 0 9 0 0 ) 基因则调控着减数分裂i i 期的分裂过程( g 1 0 v we 巩1 9 9 s ；s a t i d e r se t 越，1 9 9 9 ) 。托酣，( a t j g 7 7 3 2 0 ) 基霸与 染色体羹组修复相关，该突变体的霪分体舜常，经常形成5 8 个不均匀小孢予的 四分体( h e dm c a 拍a s1 9 9 8 ) 。 “驴矬，( a t 5 9 碡) 基因，编码7 个菇羚特异教遮酶酪爨酸磷酸酶，谈 酶与动物中的瘤抑制因子p t e n 同源，在花粉发育过程中越重要作用( g u p t ao ta 1 ， 2 0 艟) ；一尹孵( 矗= r l g 2 7 4 5 0 ) 蕊浚女0 编码艨礤岭磷酸孩耱转移酶，箕突变律的麓 粉在减数分裂质藏开始潺纯( 铂i l l a r dc t 寰i ，1 9 9 8 ) ；c 凇f ( 衄l g 6 8 5 ) 摹戮编 码了一个超长链脂肪酸 v l c f a s ) 镳合酶，其拟南芥敞除突变体表现为茎和粱葵 肖蜡质屡缺必，从面引起条件币育( m 抛a r 搴t a l ，1 9 9 9 ) 。好四，a t 4 鳢4 9 7 3 ) 以及烈蟋? ( a t 5 9 0 7 2 8 0 ) 基园编码l r r - r p k ( 1 e u c i n e - r i c hr e p e a tr e c e p t o rp r o t e i nk i n a s e ) ，在 逡嚣个突变体中，产生大量豹小绝子母缨稳，n 搿缺少绒毯瑟缩瑰，袭蟠该基浚参 与控毒l 藏药躐毡层缨腿的愈运( ￥黼g 毹越。2 0 3 ，瓢鑫o ，2 0 0 2 ) 。妪躞y 翻艘是：蒸箧 也编码了蹰个l r r r p k ，这两个基阁取突变体的花药只有3 层壁细胞，没有绒毡 慧形成，导致无法产生j 旄粉产生不肖( c o j c o m b 融e t8 l ，2 0 0 5 ) 。捌捌( a t 5 g 2 3 6 3 0 ) 答函编码了一个p 黧a t p 酶，广泛存在与麓粉和绒毡葳的内质嗣和液泡中，该罄 因的突变导致了小穗子笼法从强分搭释放、麓黻形态改变以及茂粉辨溅结构变纯 ( j 8 k o b 8 e 8 l ，2 0 0 5 ) 。o i 髟( a 1 、2 g 1 3 6 鼬) 蔫圈在擞磷芬中编繇个j l 胝壤会 成酶，影响胼胝质在小孢子母细胞的初生外壁上的沉积，对于花粉外嫩形成商蔗 荚熏要静彳睾蠲( d 。n ge t 砸，2 0 ) 。魏外，在花粉辨壁合成和沉积途径上也竟隆了 4 个基嚣，鞠上述翡艘( a 弱g | 1 9 8 铆( a 撕s 髓a 1 ， 9 9 3 ；a 勰se t 覆1 。1 9 9 7 ) ，d 荭驸 ( a t 3 g 0 9 0 9 0 ) ( p a x s o n s o w d e r se ta l 。，2 0 0 】) 皿用( a 。1 1 s g 2 4 8 6 0 ) ( a 燃z u me l 照 2 0 ) 唰( a t 5 g 1 3 3 9 0 ) ( a d i z 瑚n ie ta 1 2 0 0 4 ) 。 毛海邶薄夫学礤士学位论文 转录鞭子在转蒙水平上调经藻嚣鲍表达，它调控萋缡魁残短缎逡诲多生姆代游 过程。娃下蹙已摄遂熬影囔花药凝簿懿转交戮予。 捃z ( a t 5 g 2 2 2 6 0 ) 罄困瀚竞隆 及序列分援表明，渡纂翱是具蠢p 醛d - 曩n g 结桷域 溅d 壤n g e rm o “f ) 的一个转 录医予，髑控着绒毯攥鞠，j 、穗子躺发育f 硼i 辩n 瞧a l ，2 0 0 1 ) ；而拭甜( m 4 g 2 0 9 0 0 ) 尉强( a r 4 g 2 7 3 3 0 ) 基因编码的蛋自质与具商m a d s 盒( m a d sb o x ) 的转录因子相 关，调控饕孢予母细臆静发育( y 丑n 嚣蛾毹，j 9 ：9 9 ；g l o v e r 娥a l ，1 9 9 8 ；s d _ l i e 鳓a l e r e 砖， 1 9 9 9 ) ；刎蜮删r 2 g 6 9 o ) 是m y e 家族的个转泶基予，在绒毯鼹蚋发蠢积躐数分 裂卮的转泶调控中起爨要作用( s o n s e ne t 毡l ，2 0 0 3 ) 。霄关拟赢芥中拣驶2 r 3 m y b 转最因予捆关弯经萋氍，将在下蒂避行接述。 1 j 6 擞窝芬中m y b 家羧转蒙爨子 转录因子也称为眨式 乍用照予，是指够与宾核基嚣戆蹶式偿瘸元孛 发生特 茹性摺踅稼麓，并对转录有激潘绒掷潮作斓鹣醚a 结合餐氆。校瓣冬d n a 结合躺 方i 式可以搬t f 分为两类：普遍性转絷圈子( 驴r a l 订“p t i o nf 如t o r ，g 骶) 和特异 性转录瓣予( q u e n c e s p e e i 五ct r a n s c 啷- n 盎o t o r ) 。羽f 能帮启动予的棱心序鳓 a 下a 糯结合，可以激滔饼有基围的转录，两特异性转袋因子帮d k a 廖剽上瞬箕宅 顺式调节元件结合，只能激活特定的基因。媳型的转录因子一般具露4 个功能隧： d n a 结合区、转录调控匿、投邀攘僚号区秘褰袋诧谴患。遥零校瓣裸寄性较强的 剁a 结合诞辩转蒙翻予分类， 倒龆螺旋耱角螺旋( h e 搬矗u m - h 硝i x ) 、锌指( z i n c l n 辨r ) 姥鞫、亮氨聚糖镳( i e i 确) 霸m a d s 盘簿结构。黼v 嚣转录因子 是其中菲常霪囊的一粪，黼盈是植物转录因子中疆大的客旗之一。 在植物转录因予家族中，m y b 相关蛋自的d 悄a 结台区常常包含2 个重复的螺 旋鹰角一螺旋的r 2 r 3 镰构，在拟曦莽基因鳃中，攫撼转荣困_ 予数摆瘁黪统喜中 b 鸷g 垡筑蝴粒麴，包含了2 个静m y 转豢族成燕，这个象羧磅麓主要有： 控制细胞分化张发育；在多条苯熬蕊酸类合戏途经中起调控捧餍苯基嚣酸类 妨鹱是出苯弱氨酸经代澍产生靛大装讫攀拽瀚产耪掰将残，包括粪黄酮，释疆 簸，离援醇黻及其他魑物质；此外，还调控蒋甜水杨酸，脱落酸( a b a ) ，赤 上海师范大学硕士学位论文 c r l 3 0 2 i k b c h r l ，7 0 7 山 c h r 2 3 5 b c h r 1 0 6 2 l 山 圈l - 6 与雄性育性相关基因在拟南芥5 条染色体的分布 染色件左面红色字为基因 染色体右面黑色字为圈位克隆所用的分子标记 9 c 州 2 7 1 0 s k h 上海师范大学硕士学位论文 霉素( g a ) 这些信号分子的响应( r o m e me ta 1 ，1 9 9 8 ) 。 在植物m y b 家族中，目前已经发现了几个在花药内特异表达的m y b 转录因 子，它们通过上述的功能途径来控制花药和花粉的发育。水稻中的爿佃基因调 控花药发育，它的突变体的小穗有两种不育表型，一种是由于花粉中淀粉的积累 出了问题，另一种由于隔膜和裂口细胞发育异常导致花药不开裂产生不育表型 ( z h ue ta 1 ，2 0 0 4 、；f m y b a s j ，f n 强4 s 2 基因则是烟草中花药特异表达的m y b 转录 因子，它们调控了苯丙氨酸氨裂解酶在花药孢子体细胞中的表达( y a n ge ta 1 ， 2 0 0 1 1 。而在拟南芥中，4 t f y 丑3 ，( a t 5 g 0 6 1 0 0 ) 以及爿f m y b 甜( a t 3 g 1 1 4 4 0 ) 这两个同 源基因是受m i c r o m q a 调控的与g a 信号途径相关的m y b 转录因子，在这两个基因 的双突变体中，绒毡层过度肥大，导致了花粉在减数分裂前发育异常( m i l l a re ia 1 ， 2 0 0 5 ) ：爿f 肘”6 ( a t 3 g 1 3 8 9 0 ) 则与花药内层细胞的细胞壁发育相关，影响花药的 开裂( s 把i n e r - l a i l g ee ta 1 ，2 0 0 3 ) ；爿，删2 ( a t 4 0 3 4 9 9 0 ) 在花药绒毡层中有很强的表 达，这个基因的表达变化会导致苯基丙酸类合成途径的变化，影响了花粉壁的沉 积( p r e s t o ne ta 1 ，2 0 0 4 ) ；一f m 瑚( a t 5 g 5 6 1 1 0 ) 基因在花药以及表皮毛中表达， 反义技术敲除爿，m 阳0 3 基因影响了花粉，绒毡层以及表皮毛的发育。在被敲除的 植株中，花粉粒由于缺乏细胞质内容物导致外形上的扭曲，绒毡层在发育过程中 提前降解，并且茎和叶的表皮毛的分支与野生型相比有明显增加( l ie ta i ，1 9 9 9 ； h i g g h h o n e ta 1 ，2 0 0 3 ) 。但是，该基因在花药中的详细生物学功能尚未明了。 1 7 本研究的目的意义和内容 植物的有性生殖不仅是植物繁殖的主要途径，也是植物进化及对环境适应的 基础之一。花药是植物的雄性生殖器官，是花粉发育的场所。对花药及花粉发育 的研究具有重大的理论意义：植物雄性不育是作物杂种优势利用的重要途径，因 此对花药及花粉发育的深入研究又有重要的应用价值。本研究从突变体入手，克 隆相应的育性基因，研究它的功能，以此阐明高等植物的花粉发育的一般过程， 从而为理论研究与生产应用提供基础。 本研究以模式植物拟南芥为材料，采用图位克隆的方法从雄性不育突变体 m s ，韶中克隆了一f m 阳基因，并分析了一些爿f 加留加j 基因在花药发育中的新 功能，细胞学分析表明s j 8 8 突变体在胼胝质层降解途径以及花粉外壁形成过程 上海师范大学硕士学位论文 中毒障碍，经过r t - p c r 检潮我们发现瓣胝嫒酶解摆关基因6 以及藏粉， 壁发育 相关基因埘鲫在突变体背景下的袭达产生了变化。 上海师范大学硕士学位论文 k e 托掸l 豫e s ： a a n s ，m g ，d i r k s e ，w g ，s t j e k e m a ，w j ，p e r c i 糟，a ( 1 9 9 3 ) t r a n s p o s o nt a g g i n go f am a l es t e d 耗t vg e n ei l l a r a b i d o p s i s n a l u 豫3 6 文7 1 5 7 1 7 a 律m ，m g ，h o d g e ，瓢，k a l a n 娃d i s k ，f l o 黼c l 【d ，s c o t t r ，乳摊i r a ，a ( 1 9 9 7 ) t h ea r a b i d o p s i sm a l es t e r i l i t y2p r o 协i ns h a r e ss i m i l 撕t y 、诎hr e d u c t a s e si n 圭o “g a 蛙。弱庇。喇e n s 越i 潍e 。m p l e x e s p l 黯t ，| ：，6 1 5 6 2 3 + a r i 王z u m t - ，h a t a k e y 冉m a ，k ，h i n a t a ，k ，s a t o ，s ，k a t o ，t ，t 0 r i y 盛m a ，k ( 2 0 0 3 ) a n o v e lm a l e - s 洲l em u t a n to f “r 疗6 面咖如f “，把加，f 如e l e s sp o l l e n l ，p r o u d o c s p o l i 锄w i 氆as 描o o 蜘s h 穗c ea n da na c 哟l y s i $ 一s e n s i 畦v eo x i n e 。p i a n tm 0 1 b i o 王s 3 ， 1 0 7 1 1 6 a r 妇m n | ，慧，珏取l 囊k e y a m 瓢k 。，至重 瓣叠t k ，l 熟嚣括珏g i ，n i 妇i 蠡，l 。，s 鞋幻，s 。，k 建协 t ，1 h b 巍t a ，s ，1 1 0 r i y a m a ，k ( 2 0 0 4 ) d i s r u p n o no ft h en o v e 】p l a n tp r o t e i nn b f l a f f b c t s1 i p i da c c u m u l a t i 衄i nt h ep i a s t i d so fn l et a p e t u ma i l de x i n ef o m l 撕o no f 妒l l 鼹，s u | 蛀n gi n 辩l 毪l es 鼢i l 矗y 融蠢瑚矗蕊秽鼢撬幽矗硪p l 矗n 圭j 3 9 1 7 0 一 8 i a g i i i r 心，n ，a n ds m 眠a g ( 1 9 9 3 ) m 0 k c u l a rc h a r a c t e r i 胤i o no f ag e n ee n c o d i n ga c y s t e i 黜+ f i c hp r o t e i np r e f e r e n l i a l l ye x p r e s s e di na n 幽e r s 蜡l y c 。p e f s i c o ne s e u l e n t u 搬 p 1 口tm 0 1 b