玉米花粉外衣半胱氨酸蛋白酶的进化、定位和功能分析

发布时间：2021-01-13 07:07

　　高等植物花粉壁化学成分丰富,结构复杂,且在授粉过程中具有重要作用。玉米花粉壁的最外层是花粉外衣（pollen coat）,花粉外衣物质通过与柱头成分发生相互作用参与花粉的黏附、花粉水合、花粉萌发及在柱头中生长。花粉外衣中包括脂类、蛋白质和色素等,已知花粉外衣脂类主要参与花粉水合过程,而关于花粉外衣蛋白的功能尚缺乏深入的研究。因此,花粉外衣蛋白参与花粉-柱头互作的机制已成为植物生殖生物学亟待研究的问题。已有研究表明,玉米花粉外衣蛋白包括木聚糖酶、多聚半乳糖醛酸酶、葡聚糖酶、半胱氨酸蛋白酶等。本文以玉米自交系为实验材料,以玉米花粉外衣半胱氨酸蛋白酶为切入点,通过生物信息学的方法深入解析玉米花粉半胱氨酸蛋白酶及其基因的结构特点,分析该蛋白酶在植物中的进化,探讨该蛋白酶与柱头蛋白之间可能的相互作用,为研究其功能提供依据;同时,通过免疫荧光电镜和免疫金电镜观察半胱氨酸蛋白酶在玉米成熟花粉壁中的定位,通过分子生物学方法检测玉米花粉发育不同时期半胱氨酸蛋白酶的表达水平。本研究旨在探明玉米花粉外衣半胱氨酸蛋白酶的进化过程,了解其在花粉壁中定位,阐明其与柱头互作中功能。结果如下:1、玉米中花粉外衣半胱氨... 

【文章来源】：河南农业大学河南省

【文章页数】：82 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

玉米雄蕊发育过程

5图1-2 花粉壁发育。A，花粉壁结构；B，花粉壁发育图式模式。Jiang, et al.[32].1.3 花粉壁发育调控花粉壁不同层来源于不同的细胞类型，不同层的物质组成不同，并且不同层的物质通过不同的代谢通路来合成。例如，花粉外壁的孢粉素来源于绒毡层，由长链脂肪酸及其衍生物组成，通过脂类代谢合成[35]；由β-1,3-葡聚糖复合物组成的胼胝质壁通过多糖代谢合成[36]；富含脂质和蛋白质的花粉外衣也和脂类代谢有关[37]；花粉壁的发育过程由各种结构蛋白、转录因子、代谢产物和小的信号分子组成的复杂的调控网络控制。1.3.1 花粉壁发育过程中脂类的代谢在花粉壁上，孢粉素和花粉外衣都富含脂肪酸和长链脂肪酸衍生物[35]，研究表明在孢粉素的合成过程中，脂类代谢是必不可少的[38]。脂肪酸的合成以乙酰辅酶A为底物

的盖层是封闭的[17]（图1-3），玉米和水稻相似。图1-3 拟南芥与水稻花粉壁形态。A,C,E:拟南芥花粉和花粉壁形态；B,D,F:水稻花粉和花粉壁形态。Zhang, et al.[89].花粉与柱头的相互作用包括4个步骤：花粉的黏附、花粉的水合、花粉的萌发和花粉管伸长。迄今为止，对花粉外壁的研究较多，发现花粉外壁主要参与花粉的黏附，在对拟南芥和甘蓝的研究中发现，花粉壁上首先与拟南芥柱头发生黏附的化合物可以用有机溶剂、盐类和氧化还原剂洗脱，但去污剂难以洗脱，表明花粉与柱头表面可能是发生了生物的或是物理的相互作用，并不是蛋白质之间的互作[90-92]，因此与柱头表面首先发生快速黏附的是花粉外壁。花粉外衣中含有大量脂类，蛋白质和色素等，前人研究表明，花粉外衣中的脂类和蛋白质在花粉与柱头互作的4个过程中均有重要作用。2.1 花粉外衣中脂类作用大多数成熟花粉从花药中散出时代谢静止且高度干燥，含水量在15%到30%[93,94]。湿柱头铺捉到花粉后


本文编号：2974442