發(fā)布時間：2020-04-27 07:45

【摘要】：花粉壁能夠保護(hù)花粉粒不受外界環(huán)境破壞,并幫助促進(jìn)花粉與柱頭識別和水合以完成受精過程。成熟花粉壁分為花粉外壁和花粉內(nèi)壁,花粉外壁又可分為外壁外層和外壁內(nèi)層。模式植物擬南芥花粉的外壁外層是由孢粉素構(gòu)成的T字形結(jié)構(gòu)和油脂類為主要成分的含油層組成。孢粉素是由多種化合物聚合形成的復(fù)合體,其成分復(fù)雜而又性質(zhì)堅韌,對極端環(huán)境有極強的抗性。目前研究推測孢粉素的主要成分是長鏈脂類衍生物和芳香族化合物。近年來通過分子遺傳學(xué)研究鑒定出幾個參與孢粉素成分生物合成的基因,酯酰輔酶A合成酶ACOS5、細(xì)胞色素P450羥化酶家族成員CYP703A2與CYP704B1、查爾酮合成酶家族成員PKSA與PKSB、多聚α-吡喃酮還原酶TKPR1/2以及酯酰輔酶A還原酶MS2均參與了孢粉素成分的合成,并通過生化實驗推測這些基因參與形成了一條孢粉素前體成分合成的路徑。然而關(guān)于這些基因如何受到精確調(diào)控從而發(fā)揮各自生物學(xué)功能的研究,目前僅有少量且片面的研究。擬南芥花藥絨氈層細(xì)胞為花粉壁的發(fā)育提供了原料,目前研究認(rèn)為孢粉素前體成分是在絨氈層細(xì)胞內(nèi)由上述基因編碼的功能酶參與合成并轉(zhuǎn)運至小孢子表面沉積形成花粉外壁外層結(jié)構(gòu)。我們實驗室發(fā)現(xiàn)一條存在于絨氈層細(xì)胞內(nèi)的遺傳調(diào)控通路DYT1-TDF1-AMS-MS188-MS1。MS188是MYB超級轉(zhuǎn)錄因子家族成員,ms188突變體花粉外壁外層T字形結(jié)構(gòu)明顯缺失,而外壁內(nèi)層正常存在,暗示MS188可能參與調(diào)控孢粉素的生物合成。已報道bHLH家族轉(zhuǎn)錄因子AMS能夠在體內(nèi)結(jié)合PKSB和TKPR1的啟動子,MS188能夠與AMS相互作用共同調(diào)控并激活CYP703A2的表達(dá)。在本文中,我們首先通過構(gòu)建孢粉素合成基因融合GFP標(biāo)簽序列的轉(zhuǎn)基因植株,觀察孢粉素合成功能酶的蛋白定位,發(fā)現(xiàn)孢粉素合成酶早期定位于絨氈層細(xì)胞,并隨花藥發(fā)育進(jìn)入藥室腔中,暗示孢粉素成分可能在藥室腔中繼續(xù)進(jìn)行生物合成與加工,最終沉積于小孢子表面。隨后我們分析了dyt1、tdf1、ams和ms188突變體植株花序的基因芯片數(shù)據(jù),并以定量PCR實驗輔助驗證了孢粉素合成基因PKSA、PKSB、MS2和CYP703A2處于轉(zhuǎn)錄因子MS188下游,而ACOS5、CYP704B1、TKPR1和TKPR2處于AMS下游。通過染色質(zhì)免疫共沉淀(ChIP)和凝膠遷移阻滯實驗(EMSA)分別在體內(nèi)和體外證明MS188能夠結(jié)合在PKSA、PKSB、MS2、ACOS5和TKPR1啟動子上,并且MS188同樣能夠在體內(nèi)結(jié)合CYP774B1的啟動子。進(jìn)一步通過原生質(zhì)體轉(zhuǎn)化實驗驗證MS188能夠激活PKSA、PKSB、MS2、TKPR1、ACOS5和CYP704B1的表達(dá);然而AMS不能顯著激活TKPR1和ACOS5的表達(dá),對CYP704B1的激活能力明顯弱于MS188,表明MS188是調(diào)控孢粉素合成基因的核心轉(zhuǎn)錄因子。AMS與MS188共同存在時,能夠更強效激活CYP704B1和TKPR1的表達(dá),結(jié)合前文AMS與MS 188共同激活CYP703A2表達(dá)的結(jié)果,我們推測MS188在AMS的輔助下共同調(diào)控了孢粉素的生物合成。進(jìn)一步通過構(gòu)建MS188-SRDX顯性抑制轉(zhuǎn)基因植株發(fā)現(xiàn),在AMS的蛋白表達(dá)不受影響而MS188功能缺失時,ACOS5、CYP704B1和TKPR1/2的表達(dá)明顯下調(diào)。在ams突變體中,當(dāng)AMS功能缺失時,MS188的正常表達(dá)能夠顯著恢復(fù)PKSA、PKSB、ACOS5、CYP704B1和TKPR 的表達(dá),而 MS2 的表達(dá)則與CYP703A2相同,僅得到部分恢復(fù)。這些結(jié)果暗示在絨氈層中還存在其他MYB與bHLH家族轉(zhuǎn)錄因子參與MS188和AMS對孢粉素合成基因的調(diào)控。我們通過酵母雙雜交實驗進(jìn)行初步驗證,發(fā)現(xiàn)bHLH010能夠與MS188相互作用,這一結(jié)果支持我們的推測。基于以上實驗結(jié)果,本文中我們論述了擬南芥花藥絨氈層中可能存在以轉(zhuǎn)錄因子MS188為核心形成的多元轉(zhuǎn)錄因子復(fù)合體參與調(diào)控孢粉素合成基因表達(dá)的機制,以及AMS與MS 188可能形成feed forward loop模式快速調(diào)控孢粉素合成基因表達(dá),隨后孢粉素合成酶大量分泌進(jìn)入藥室腔促進(jìn)孢粉素的快速生物合成的機制。這些機理的研究幫助我們更深入地理解絨氈層轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控花粉壁形成的生物學(xué)過程,以及該過程在植物進(jìn)化中對于植物完美保護(hù)自身花粉進(jìn)而正常繁衍后代的重要意義。
【圖文】：

上海師范大學(xué)博士學(xué)位論文邐逡逑第１章前言逡逑１．１花藥形態(tài)及其發(fā)育過程逡逑十字花科植物擬南芥是己經(jīng)完成全基因組測序的經(jīng)典模式植物，其典型的生逡逑殖器官邐花，是由四個基礎(chǔ)部分組成：花瓣（ｐｅｔａｌ）、萼片（ｓｅｐａｌ）、雌蕊（ｐｉｓｔｉｌ）逡逑和雄蕊（ｓｔａｍｅｎ）（圖丨－１，ａ）。雄蕊是種子植物產(chǎn)生花粉的場所，分為花絲（ｆｉｌａｍｅｎｔ）逡逑和花藥（ａｎｔｈｅｒ）兩個部分（圖丨－１，邋ｂ）�；ńz呈柄狀，是由表皮與維管束構(gòu)成，位逡逑于雄蕊基部，主要起到支撐花藥并輸送營養(yǎng)物質(zhì)和水分的作用�；ㄋ幨切廴镏凶铄义现匾慕M成部分，外部呈四個葉狀形態(tài)；內(nèi)部則被藥隔分成兩個藥室并各含１？逡逑２個花粉囊，由結(jié)締組織連接并依附于花絲的維管束上。在花粉囊中，小孢子發(fā)逡逑生到花粉成熟要經(jīng)過孢子體細(xì)胞層的分化，減數(shù)分裂，配子體發(fā)育等一系列過程，逡逑待花粉成熟時，花粉囊自行開裂，散出花粉＝逡逑

圖１－３花粉壁發(fā)育中絨氈層的功能（Ｐｉｆｆａｎｅｌｌｉｅ／ａ／．，邋１９９８）逡逑Ａ：減數(shù)分裂后，，小孢子從四分體釋放，絨氈層分泌小囊泡及油體等物質(zhì)參與花粉外壁發(fā)育；逡逑Ｂ小孢子第一次有絲分裂期結(jié)束后，花粉外壁結(jié)構(gòu)基本形成，絨氈層持續(xù)分泌各種營養(yǎng)物逡逑質(zhì)以供給花粉發(fā)育；Ｃ絨氈層在發(fā)育晚期將自身降解形成的造油體及細(xì)胞質(zhì)脂體提供給花逡逑粉；Ｄ花粉壁的油脂類結(jié)構(gòu)。Ｔａｐｅｔｕｍ：纟戎毯層；Ｖｅｓｉｃｌｅｓ：囊泡；Ｎｕｃｌｅｉ：細(xì)胞核；ｐｌａｓｔｉｄ：逡逑質(zhì)體；Ｖａｃｕｏｌｅ：液泡；Ｌｉｐｉｄｉｃ邋ｂｏｄｉｅｓ：含油體；Ｃｙｔｏｐｌａｓｍｉｃ邋ｌｉｐｉｄ邋ｂｏｄｙ：細(xì)胞質(zhì)脂體；Ｓｅｃｒｅｔｅｄ逡逑ｆｉｂｒｉｌｓ：分泌的纖維成分；Ｖｅｇｅｔａｔｉｖｅ邋ｃｅｌｌ：營養(yǎng)細(xì)胞；Ｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ邋ｃｅｌｌ：生殖細(xì)胞；Ｅｘｉｎｅ：花逡逑粉外壁；ｒＥＲ：粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；Ｅｌａｉｏｐｌａｓｔ：造油體；Ｏｉｌ邋ｂｏｄｙ：油體；Ｐｏｌｌｅｎ邋ｃｏａｔ：花粉包被。逡逑１．２．２絨氈層功能逡逑絨氈層在花藥發(fā)育中起到不可替代的多重功能。首先，從小孢子的減數(shù)分裂逡逑開始直至絨氈層完全降解的過程中絨氈層細(xì)胞能夠持續(xù)供給營養(yǎng)。當(dāng)絨氈層細(xì)胞逡逑轉(zhuǎn)入分泌型后其細(xì)胞質(zhì)濃密，富含與合成及轉(zhuǎn)運相關(guān)的細(xì)胞器，如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、液泡、逡逑質(zhì)體、微體和脂質(zhì)體等，并且能通過分泌小泡來轉(zhuǎn)運脂類、蛋白質(zhì)及碳水化合物逡逑等（Ｍａｓｃａｒｅｎｈａｓ，邋１９９０）。逡逑其次絨氈層能夠合成構(gòu)成花粉外壁外層的孢粉素前體、構(gòu)成花粉外壁內(nèi)層的逡逑
【學(xué)位授予單位】：上海師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：Q943.2

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2 ;中科院華南植物園首次發(fā)現(xiàn)專性傳粉昆蟲能分解孢粉素[J];廣東農(nóng)業(yè)科學(xué);2011年09期

3 ;上海師范大學(xué)揭示花粉壁孢粉素合成的調(diào)控機制[J];蔬菜;2018年08期

4 劉炳侖;關(guān)于孢粉素的研究進(jìn)展[J];植物學(xué)通報;1985年05期

5 朱o

本文編號：2642034