水稻花粉发育相关基因的研究进展

综述了目前研究已发现的与水稻花粉发育相关的基因,包括小孢子母细胞发育、花粉囊蜡质发育、绒毡层发育、胼胝质沉积、小孢子母细胞减数分裂、雄配子发生过程、花药开裂等,并就水稻花粉基因研究的动态,阐述了今后研究的重点和方向。     

花药绒毡层细胞程序性死亡研究进展

绒毡层作为花药壁最内层的特殊体细胞,与小孢子母细胞以及花药发育后期的小孢子直接相互作用,在花粉发育过程中起着至关重要的作用。花药绒毡层发育到一定阶段,绒毡层细胞需要经过一个细胞程序性死亡的降解过程为小孢子的发育提供营养和物质保证,而且绒毡层细胞降解的提前或者延迟都将导致雄性不育。近年来人们利用分子生物学手段已相继克隆到了一些与绒毡层细胞程序性死亡相关的基因,使人们对绒毡层的降解机制有了更深入的认识。本文旨在综述花药绒毡层细胞程序性死亡特征及其调控机制研究的最新进展。     

花药绒毡层细胞程序性死亡研究进展

绒毡层作为花药壁最内层的特殊体细胞,与小孢子母细胞以及花药发育后期的小孢子直接相互作用,在花粉发育过程中起着至关重要的作用。花药绒毡层发育到一定阶段,绒毡层细胞需要经过一个细胞程序性死亡的降解过程为小孢子的发育提供营养和物质保证,而且绒毡层细胞降解的提前或者延迟都将导致雄性不育。近年来人们利用分子生物学手段已相继克隆到了一些与绒毡层细胞程序性死亡相关的基因,使人们对绒毡层的降解机制有了更深入的认识。本文旨在综述花药绒毡层细胞程序性死亡特征及其调控机制研究的最新进展。     

京白梨与鸭梨雄配子体发育特性的比较及其花粉败育的研究

探讨了京白梨花粉萌发率低的原因。用石蜡切片等技术对京白梨和鸭梨雄配子体发育以及花粉败育进行了解剖学观察。结果表明：京白梨花药大小、花药重以及每朵花中的花药数略低于鸭梨;花粉染色率两者之间差异不大,而京白梨花粉萌发率为23.19%,鸭梨为58.77%,京白梨明显低于鸭梨。京白梨和鸭梨在雄配子体发育特征方面没有显著差异,但在京白梨雄蕊发育的各个阶段都观察到了不同类型的发育异常,即不能形成正常的小孢子母细胞、花药发育异常、绒毡层细胞不退化或退化不及时、形成少花粉的花粉囊或空花粉囊等,同时在大量切片中很容易观察到绒毡层发育异常类型。据此推断京白梨雄蕊败育类型属于花药退化型和绒毡层发育异常型,并认为造成京白梨花粉萌发率低的主要原因可能是绒毡层细胞发育的异常。     

毛白杨花粉败育过程中胼胝质的异常分布变化

采用苯胺蓝染色的方法,对育性良好的无性系1319及花粉败育雄株BM-1的花药发育过程中胼胝质的分布及变化进行了观察.结果表明,育性良好的花药中,胼胝质首先在小孢子母细胞角隅处沉积；随后,较厚的胼胝质壁分布于四分体细胞间以及细胞周围,随着胼胝质的解体,小孢子释放到药室中,游离小孢子外围无明显胼胝质分布;小孢子发育形成成熟花粉,花药绒毡层解体,内壁加厚开裂,胼胝质分布于残留的绒毡层以及内壁.与育性良好的花药相比,败育花药的胼胝质合成量减少并呈现明显分布异常.小孢子母细胞时期无明显胼胝质合成;胼胝质主要沉积于四分体细胞间且细胞外围胼胝质分布量减少；小孢子发育至成熟花粉,药室绒毡层沉积较多胼胝质而内壁无明显胼胝质分布.透射电镜结果显示,毛白杨无性系1319花粉外壁发育正常,而毛白杨不育雄株BM-1仅产生少量饱满花粉,且其花粉外壁发育不完全.从而说明胼胝质的异常合成与分布是毛白杨花粉败育的原因之一.     

文冠果败育花药和花粉发育的解剖学研究

通过对文冠果败育花药及花粉发育进行显微结构的观察,发现：败育花药缺少唇细胞;绒毡层细胞延缓解体;花粉外壁始终连续,且此处有某些物质填充,花粉内壁很厚;花粉细胞质中细胞器明显减少,淀粉粒数量少,这些异常现象影响花粉的正常发育。     

无融合生殖甜菜M14花粉败育机理的研究

本文从细胞生物学方面阐述了无融合生殖甜菜M14绒毡层异常导致花粉败育的机理。通过解剖花药及压片法技术观察小孢子发生机制,利用生物学手段化学诱导的方法,克隆部分与绒毡层特异表达相关的基因,无融合生殖型和减数分裂型同时存在于甜菜M14之中,运用生物技术手段实现绒毡层对无融合生殖甜菜花粉发育的调控未能成功,花粉败育率达80%左右。     

"新梨7号"雄性不育特性及其败育的细胞学研究

利用石蜡切片法,观察比较了"新梨7号"及其父母本花药发育和花粉发育过程中细胞学上的变化特征.研究结果表明:"新梨7号"梨花器小,花药干瘪,几乎无花粉粒,表现出雄性不育的空囊花药;导致花粉败育的主要原因可能是:绒毡层细胞在花粉母细胞时期出现畸形、提早解体,致使绝大多数小孢子母细胞不能正常发育,即使有的小孢子母细胞可以进行减数分裂,但形成的小孢子四分体也不能正常发育成为成熟的花粉粒,导致最终败育.目前大量研究已表明,雄性不育是由基因或染色体调控的.因此,本试验的形态解剖结果是不育基因表达的产物.     

檫木花粉发育过程的解剖学研究

采用石蜡切片技术对檫木花粉的发育过程进行了解剖观察.结果表明:檫木花两性,具4药室,腺体马蹄形,药囊瓣裂.单核小孢子核大,位于中央,随着小孢子液泡化,分化出2个大小不等的核,最后形成具有营养核和生殖核的成熟二细胞型花粉粒.扫描电镜下观察其成熟花粉粒为圆球形,外壁布满刺状突起,花粉粒不具萌发孔.花药壁完全分化时,由外到内依次是表皮、药室内壁、中层和绒毡层,花药壁发育为基本型;表皮细胞1层,发育过程中始终存在;药室内壁在花药成熟时形成带状纤维层加厚;中层细胞、绒毡层细胞,在花粉粒发育成熟时退化消失.花粉粒形成过程中出现空腔花粉、花粉粒降解的现象,导致花粉异常,直接影响檫木的花粉质量和活力,从而影响结实.     

韭菜雄性不育系及保持系花药和花粉发育的细胞学比较

为了从细胞学角度研究韭菜雄性不育的机理,本试验利用石蜡切片法对韭菜雄性不育系及其对应保持系花药与花粉发育过程进行了比较研究。结果表明:韭菜花药绒毡层兼有分泌绒毡层与变形绒毡层的特点,花粉败育与绒毡层发育异常和提前解体有关。韭菜败育分两种类型:败育Ⅰ型,败育发生在减数分裂二分体至四分体时期,不育系绒毡层细胞液泡化膨大,花粉母细胞减数分裂不正常,不产生四分体或产生无胼胝质壁包裹的异常四分体,最终粘连连成一团解体消失;败育Ⅱ型,败育发生在单核小孢子时期,绒毡层在四分体时期提前退化,单核小孢子无营养供应而败育。     

乌氏体形成·在花粉发育中的作用及研究进展

绒毡层在花粉发育过程中起到至关重要的作用。乌氏体是绒毡层上特有的结构,它参与绒毡层的降解、花粉外壁的形成。对于乌氏体对识别蛋白的转运作用主要表现在运输营养物质、花粉鞘物质、孢粉素、酶、识别蛋白等。综述了乌氏体的形成过程,参与花粉壁发育的过程以及目前国内外对于乌氏体的研究进展。     

滇—型粳稻雄性不育系花粉发育的研究

滇一型粳稻雄性不育系花粉母细胞的减数分裂和花药绒毡层的发育是正常的。在花粉发育的单核期,小孢子的超微结构,二丙酸酯荧光素分解酶活性变化,酯酶同工酶以及离体培养再生植株的能力与保持系并没有明显的差异,但是,花粉发育到雄配子体时期,发育速度显著减慢,生殖细胞分裂迟缓,因此,花粉没有受精能力,花粉发育速度在品种间存在着差异。但超微结构和酶的活性研究表明,大多数花粉并未发生不可逆转的败育,较高的温度有加速发育的效应,可以使部分花粉具有受精能力。     

光敏核不育水稻花粉发育的细胞学研究与PCD检测

应用石蜡切片技术和脱氧核糖核苷酸转移酶介导的缺口末端标记法(TUNEL),对光敏核不育水稻农垦58S和可育水稻农垦58N的花粉及花药壁发育过程进行了研究。结果表明:农垦58S雄性败育起始于花粉母细胞形成期,在发育过程中持续进行,终结于单核晚期,形成典败型花粉;TUNEL检测显示,农垦58S的绒毡层细胞在花粉母细胞时期启动细胞程序性死亡(PCD),但解体过程缓慢,一直持续到花粉发育后期,使单核花粉无法获得所需的营养物质而败育。     

李花药花粉的发育和组织化学研究

李药壁发育为双子叶型,分泌型绒毡层;成熟的药室内壁有明显的纤维状加厚;小孢子母细胞以同时型的胞质分裂形成四分体,四分体呈四面体型排列;成熟的花粉粒为2!细胞型。孢原细胞、造孢细胞、花粉母细胞以及绒毡层细胞内均含丰富的蛋白质,但无淀粉粒。药室内壁和中层细胞内则含有大量的淀粉粒,而蛋白质的含量却很少。随着花药的进一步发育,芽鳞片、萼片和花瓣中的淀粉粒相应依次减少。蛋白质、淀粉粒的分布和含量与细胞的分裂活动以及物质合成等生理活动状态有关。     

滇—型粳稻雄性不育系花粉发育的研究

 滇一型粳稻雄性不育系花粉母细胞的减数分裂和花药绒毡层的发育是正常的。在花粉发育的单核期,小孢子的超微结构,二丙酸酯荧光素分解酶活性变化,酯酶同工酶以及离体培养再生植株的能力与保持系并没有明显的差异,但是,花粉发育到雄配子体时期,发育速度显著减慢,生殖细胞分裂迟缓,因此,花粉没有受精能力,花粉发育速度在品种间存在着差异。但超微结构和酶的活性研究表明,大多数花粉并未发生不可逆转的败育,较高的温度有加速发育的效应,可以使部分花粉具有受精能力。     

糜子花粉粒和胚囊发育的步调比较

本文对糜子的花粉和胚囊发育的步调进行了比较,并对花粉败育进行了形态学观察。小孢子母细胞在花药长度为0.5mm时进入减数分裂,早于大孢母细胞,进程较大孢母细胞的减数分裂慢,四分孢子时期持续时间短,单核花粉时期持续时间长(约72h),从小孢母细胞减数分裂开始到花粉粒成熟约需8d。大孢母细胞的减数分裂迟于小孢母细胞,减数分裂进程速度较快,从单核胚囊开始,稍微加快了发育速度,以此与花粉的成熟取得一致。败育花粉的母细胞能进行正常的减数分裂,但在单核花粉时,由于绒毡层不解体,使其得不到养料,从而停止发育。     

Abortive Process of a Novel Rapeseed Cytoplasmic Male Sterility Line Derived from Somatic Hybrids Between Brassica napus and Sinapis alba

Somatic hybridization is performed to obtain significant cytoplasmic male sterility （CMS） lines, whose CMS genes are derived either from the transfer of sterile genes from the mitochondrial genome of donor parent to the counterpart of receptor or production of new sterile genes caused by mitochondrial genome recombination of the biparent during protoplast fusion. In this study, a novel male sterile line, SaNa-IA, was obtained from the somatic hybridization between Brassica napus and Sinapis alba. The normal anther development of the maintainer line, SaNa-IB, and the abortive process of SaNa-IA were described through phenotypic observations and microtome sections. The floral organ of the sterile line SaNa-IA was sterile with a shortened filament and deflated anther. No detectable pollen grains were found on the surface of the sterile anthers. Semi-thin sections indicated that SaNa-IA aborted in the pollen mother cell （PMC） stage when vacuolization of the tapetum and PMCs began. The tapetum radically elongated and became highly vacuolated, occupying the entire locule together with the vacuolated microspores. Therefore, SaNa-IA is different from other CMS lines, such as ogu CMS, pol CMS and nap CMS as shown by the abortive process of the anther.     

非1B/lR小麦雄性不育系花药发育的细胞学研究

为了研究非1B/lR小麦雄性不育系花粉败育时期花药结构的变化,利用透射电镜对非1B/lR小麦雄性不育系732A及其保持系732B的花药发育过程进行了超微结构观察。结果表明,不育系花药中的绒毡层组织在单核花粉粒时期迅速解体消失,中层组织直到二核花粉粒期仍可以看到;保持系花药中的绒毡层组织解体缓慢,到三核花粉粒期才完全消失,但中层组织在单核花粉粒期就解体消失。由此表明,绒毡层与雄性败育有关,不育系中层细胞一直保持完整,可能是由于绒毡层迅速退化而造成的。     

一串红(Salvia splendens Ker-Gawl)的小孢子发生及雄配子体发育

采用石蜡切片法对一串红的小孢子及雄配子发育过程的细胞学特性进行观察。结果表明,一串红具有两个花药室,花药壁的发育方式为双子叶型,腺型绒毡层。胞质分裂方式为同时型,成熟花粉粒为三细胞型,大量的花粉粒在单核靠边期到二细胞花粉的过程中出现花粉粒变形现象。     

Cytological study and PCD assay on pollen development of photoperiod sensitive genic male sterile rice

A systematic cytological comparison of the anther development of photoperiod sensitive genic male sterile (PSGMS) rice with its normal fertility counterpart was conducted. The results showed that pollen abortion in PSGMS rice occurred first no later than the pollen mother cell (PMC) stage and continued during the entire process of pollen development till pollen degradation. This abortive process was closely associated with the abnormal behavior of tapetum. Although tapetum degeneration in the PSGMS rice initiated as early as at the PMC stage, it proceeded slowly and did not complete until the breakdown of the pollen, in sharp contrast to the rapid disintegration of the tapetal layer during the late microspore to the bicellular pollen stage in the fertile rice. Such cytological observation was supported by the results of the TUNEL (TdT2 mediated dU TP Nick End Labeling) assay that detectsDNA fragmentation resulting from programmed cell death (PCD), indicating that the tapetum degeneration occurs in the process of PCD. __________ Translated from Journal of Huazhong Agricultural University, 2007, 26(3): 283–288 [译自: 华中农业大学学报]