CsSPL调控黄瓜生殖器官发育的分子机理研究

发布时间：2020-06-19 00:04

【摘要】：生命通过繁殖进行延续,种子植物通过有性生殖形成种子进行遗传物质的传递。在这个过程中,花药和胚珠分别产生雄配子(花粉)和雌配子(成熟胚囊),其发育是作物受精和果实产生的先决条件,决定了作物的生存、进化和产量。在完全花植物拟南芥中,已经筛选出许多相关突变体。其中突变体spl的雄性和雌性器官均不育,其花药绒毡层的起始受到抑制,花粉囊不能产生小孢子,且胚珠发育受到抑制,大孢子母细胞和胚囊的发育缺失。黄瓜作为广泛种植的蔬菜作物,拥有重要的经济价值,黄瓜是典型的单性花作物,其果实既是商品器官也是生殖器官。目前关于其生殖器官发育的研究多集中在果实品质以及性别决定方向,而真正的生殖组织,即花药和胚珠发育的相关研究甚少。本文结合分子发育学、植物生理学和生物化学等技术手段,在黄瓜上研究了生殖发育调节因子SPOROCYTELESS(SPL)/NOZZLE(NZZ)的功能。在花药和胚珠发育严重缺陷的黄瓜突变体mango fruit中,CsSPL的表达水平受到严重抑制,进而对CsSPL进行克隆与功能分析。(1)CsSPL编码了一个转录因子,在发育中的花药和胚珠中特异性表达。CsSPL反义转基因株系的雄性和雌性的生殖力显著下降,同时花粉出现畸形且胚珠发育受到抑制。因此,CsSPL的生物学功能基本保守。(2)CsSPL可与珠心中的CsWUS(WUSCHEL)及珠被中的YABBY家族蛋白直接相互作用,并且正调控CsWUS表达,而在珠心中特异性表达的HD-ZIP Ⅲ基因CsPHB(PHABULOSA)通过与CsSPL启动子结合,从而促进其表达。因此,CsSPL可将CsPHB和CsWUS功能连接起来,证实了先前未确定的协调植物性器官发育的调控途径CsPHB-CsSPL-CsWUS。(3)CsSPL反义转基因植株生殖器官雄花芽和雌花芽中的生长素积累减少。生长素在植物生殖发育过程中起着非常重要的作用。生化实验分析进一步表明,CsSPL可促进AUXIN RESPONSE FACTOR3(CsARF3)的表达,并在生殖器官发育过程中受CsARF13的正调控,表明CsSPL与生长素信号组分在协调花药和胚珠发育中存在连续相互作用。综上所述,本文解析了生殖发育基因CsSPL在黄瓜生殖器官发育方面的生物学功能和调控机制,建立了新的胚珠发育的调控途径--CsPHB-CsSPL-CsWUS途径,并为CsSPL与生长素信号途径的互作进而促进生殖器官发育的调控途径提供了直接证据。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S642.2
【图文】：

拟南芥,形态学,有丝分裂

绒毡层细胞退化降解，为花粉成熟提供养分，小孢子经过一次不平衡的有丝分裂产生双逡逑核花粉粒（一个小的生殖核和一个大的营养核），再经历一次有丝分裂得到成熟的三核花粉，逡逑花药开裂最终花粉释放（图１－１）邋（Ｓａｎｄｅｒｓｅｔａｌ．，邋１９９９）。除了拟南芥，目前水稻和玉米作为单逡逑子叶的模式作物，其花药的发育过程跟拟南芥花药的发育进程大致是类似的（Ｗａｌｂｏｔａｎｄ邋Ｅｇｇｅｒ，逡逑２０１６）。逡逑１逡逑

黄瓜,雄花,蔬菜作物,研究性

依据雎花、雄花、两性花的不同组合，可以将黄瓜植株分为５种性型：纯雎株、强雌株、逡逑纯雄株、雄全同株、雌雄同株。黄瓜是典型的单性花植物，白书农等（２００４）将黄瓜的花发育逡逑分为１２个时期（图１－５和图１－６），前５个时期是所谓的“两性期”，雌雄花在形态上没有区别。逡逑到第６时期，花芽出现形态上的差异，部分花芽的花药继续生长，心皮原基停止伸长，发育成逡逑雄花；另外一部分花芽的雄蕊原基停止生长，心皮原基继续发育，形成雌花（Ｂａｉ邋ｅｔ邋ａｌ．，２００４）。逡逑６逡逑

【参考文献】