第六章-植物胚与胚乳的发育.ppt

1、Chapter 6 Embryogenesis and seed development,Chapter 8 Embryogenesis and seed development,8.1 Embryogenesis 胚胎发生8.2 Endosperm development 胚乳发育,植物胚的不同来源途径,受精 孤雌生殖 花粉粒 愈伤组织,Egg,Ovule and embryo sac,胚胎发生： 从受精卵（合子）发育成胚的过程,双子叶植物拟南芥的胚胎发育过程,伸长期合子,合子经过第一次分裂，产生1个顶细胞(绿色)和一个基细胞(粉红色),四分体胚,16细胞球形胚,早期心形胚,心形胚,成熟胚,

2、1：顶细胞；2：基细胞；3：胚根原细胞，形成未来的ROC和根冠中央区；RM：根尖生长点；SM：茎尖生长点,What activities are happened in embryogenesis? 胚胎发生过程中的事件,Polarity establishment 极性的建立（合子）,What activities are happened in embryogenesis? 胚胎发生过程中的事件,（1）胚胎发育发生在一个具有高度极性化的环境中。卵细胞具有极性，它的极性决定于顶端（核仁）和基部（液泡）不同细胞器的分布,2.1 Polarity in plant and plant cells

3、,Polarity in single cells,Origin of cell polarity,2.2 Origin of cell polarity,Different distribution of mRNAs, proteins and organelles between two poles,Origin of cell polarity,在极性细胞两极分布着mRNAs，蛋白质和不同的细胞器,The intrinsic asymmetry of cytoskeletal filaments 细胞骨架内在的不对称性 来定位生殖细胞,肌动蛋白微丝,Kinesin: 动粒,Kinesin

4、 动粒,囊泡,微管,褐藻黑角菜属海藻胚发育过程,EF为普通荧光显微镜 NPA， LatB生长素运输抑制剂,褐藻黑角菜海藻胚发育过程中的肌动蛋白分布,（2）基-顶轴的形成,合子不对称分裂后，分裂成基-顶细胞； 在3轮细胞分裂后（16细胞期），顶细胞形成原胚，基细胞形成胚柄； 到了胚胎发生后期，最上端胚柄细胞胚根原细胞参与RAM的形成中，是QC和小柱细胞的原始细胞,8细胞期,16细胞期,Polarity establishment 极性的建立（合子） Cell fate 细胞命运决定（合子经过胚胎发育过程分化出了性质不同的、处于特定位置的细胞群，并形成了特定的器官原基和组织）,What activ

5、ities are happened in embryogenesis? 胚胎发生过程中的事件,在球形胚的晚期，胚根原细胞发生不对称分裂，形成一个小的顶细胞和一个较大的基细胞； 顶细胞继续垂周分裂形成两个小细胞，组成QC； 基细胞继续分裂形成小柱干细胞 子叶在球形期晚期开始形成,Polarity establishment 极性的建立（合子） Cell fate 细胞命运决定（合子经过胚胎发育过程分化出了性质不同的、处于特定位置的细胞群，并形成了特定的器官原基和组织） PCD 细胞程序性死亡（基细胞分裂产生的子细胞，除胚根原细胞之外，其它所有细胞均不参与胚的形成，而是共同构成胚柄，将胚胎与珠孔

6、端的母体组织连在一起，并在心形胚后期开始进入程序化死亡而退化）,What activities are happened in embryogenesis? 胚胎发生过程中的事件,Polarity establishment 极性的建立（合子） Cell fate 细胞命运决定（合子经过胚胎发育过程分化出了性质不同的、处于特定位置的细胞群，并形成了特定的器官原基和组织） PCD 细胞程序性死亡（基细胞分裂产生的子细胞，除胚根原细胞之外，其它所有细胞均不参与胚的形成，而是共同构成胚柄，将胚胎与珠孔端的母体组织连在一起，并在心形胚后期开始进入程序化死亡而退化） Regulation on gene

7、 expression基因表达调控,What activities are happened in embryogenesis? 胚胎发生过程中的事件,发育特异基因 （Developmental specific genes）,Organ specific genes,House keeping genes,Developmental specific genes,How about embryo?,Organ specific genes,Embryo,How about embryo?,胚胎模式形成和细胞分化,不同基因组成表达模式网络,WOX (WUSCHEL related homeob

8、ox),（1）基-顶轴极性中WOX2/WOX8,9 调控途径,WOX2和WOX8在合子中共表达； 在发生不对称分裂后，WOX2仅在顶细胞中表达；而WOX8/9在顶端胚柄细胞中表达；同时WOX8的mRNA可以在胚柄下端细胞中检测到,（2）外层细胞和内层细胞调控基因,外层细胞（表皮原）： AtML1和ACR4共同决定,内层细胞（形成层和维管束原）： MP和TMO7共同决定,不同作物中胚胎发生调控的保守性,在玉米中，ZmWUS1，ZmWOX2，ZmWOX5已经被鉴定出来； 在水稻中，WOX5同源基因OsQHB已经被鉴定出来； 它们均在胚胎发生中起着重要的调控作用,Embryo-lethal muta

9、tions （胚胎致死性突变体）,Organ specific genes in embryo 胚胎特异发育基因,?,1) Embryo-lethal mutations,Organ specific genes in embryo,?,Embryo lethal mutants in maize,Embryo lethal mutants in maize （玉米）,用化学诱变剂EMS处理的 玉米在后代中出现一系列 的胚致死突变,Embryo lethal mutants in maize,?,Mutant bio in Arabidopsis,emb突变体,胚的发育受到影响,A mutan

10、t in Arabidopsis,Lack of biotin （生物素缺乏）,Plus Biotin in medium （包含生物素的培养基）,Lack of biotin,bio,Plus Biotin in medium,raspberry： 球形胚无法转变为心形胚,Other stage-specific genes,Wild type,Twin mutant 双胚突变体,Disorder in PCD?,除了作为一个干燥耐受因子，还调控着叶毛和胚柄的发育,Lec1 codes a transcript factor,lec1 mutation has Pleiotropic eff

11、ects on embryo development: lec1突变体在胚胎发育过程中表现出多效性,干燥忍耐,1) Embryo-lethal mutations,2) Pattern mutations 模式突变体,Organ specific genes in embryo,Pattern mutations,Pattern mutations,The polarity along apical-basal axis is disordered. 丧失了极性,The polarity along apical-basal axis is disordered.,And the zygote

12、 divides symmetrically. 合子对称分裂,Pattern mutations,胚胎发育的模式建成包括不同方向上极性建立的机理,生长素的转运在胚胎发生中起着重要的作用,32细胞球形胚阶段,胚轴形成与生长素转运,生长素流的强度与方向只由运输载体在质膜上的数量和分布控制,Chapter 8 Embryogenesis and seed development,8.1 Embryogenesis,8.2 Endosperm development 胚乳的发育,Chapter 8 Embryogenesis and seed development,8.1 Embryogenesis

13、,胚乳发生：中央细胞极核与精细胞融合。,没有受精而自主进行 种子发育的fis突变体,没有受精的FIS植株 角果,受精的FIS植株 角果,（1）胚乳发育模式：无需双受精的胚乳发育,？,Why fertilization is needed for endosperm development? 为什么双受精是胚乳发育所必须的呢？ Are there endosperm-specific genes? 胚乳发育特异的基因？,fie mutant: endosperm developed without fertilization (Ohad et al.,1999),FIE encodes a po

14、lycomb protein,At least 3 genes control endosperm-independent development including FIE,FIS1-2,Why endosperm-specific?,（2） 胚乳发育中的基因组印迹：,基因组印迹是一种非孟德尔遗传现象。它是指在配子或合子发生期间来自亲本的等位基因或染色体产生专一性的加工修饰导致后代体细胞中两个亲本来源的等位基因有不同的表达活性，又称遗传印迹或亲代印迹或配子印迹。,玉米和拟南芥的胚乳中均已发现印迹基因,玉米：R基因 拟南芥：MEA、FWA,拟南芥中MEA 基因组印迹发生模式图,m: mater

15、nal(母本）； p: paternal(父本）,营养生长 阶段,花粉（雄配子体）,受精,配子体发生,组蛋白H3K27甲基化,Why endosperm-specific?,Studies on the gene FWA in Arabidopsis,RT-PCR analysis of FWA expression in various organs 分析FWA在不同器官中的表达,FWA:FWA-GFP fusion protein analysis,FWA基因在受精后的种子和胚乳中表达,受精前在中央细胞中表达,受精后6小时,受精后12小时,受精后48小时GFP无法检测到,受精后24小时,W

16、hy FWA only temporally expressed in endosperm?,Endosperm analysis with Confocal 共聚焦显微境观察FWA基因表达模式,中央细胞,Endosperm analysis with Confocal,Why FWA only temporally expressed in endosperm?,受精前在中央细胞中表达,受精后6小时,受精后12小时,受精后48小时GFP无法检测到,受精后24小时,中央细胞,The 5 direct repeats of the FWA gene,DNA methylation,胚乳中DNA甲基化程度偏低，发生去甲基化,The 5 direct repeats of the FWA gene,DNA methylation,DNA methylation,Parental Imprinting 基因组印迹,Imprinting of FWA in endosperm detected with allele-specific RT-PCR 检测FWA等位基因在不同部位表达模式,构建了不同的杂交组合（正反交）： 胚中FWA基因不表达,Imprinting of FWA in