被子植物的双受精作用

双受精作用是被子植物的重要胚胎学特征。在被子植物胚囊中，助细胞吸引花粉管进入胚囊，促进花粉管释放内含物，使精子达到受精的靶区，配子以细胞融合的方式进行精卵结合。本文主要概述了被子植物的双受精过程，介绍了精子二型性现象、偏向受精和精卵识别的研究进展。     

水稻DUF642家族基因的鉴定及在非生物逆境中的表达分析

DUF(domain of unknown function)家族,是指含有未知功能域的蛋白质家族,在植物生命活动中发挥着重要的调控作用. DUF642是其中一个高度保守的植物特异性的未知细胞壁相关蛋白家族,参与调控植物的生长发育以及逆境响应.在水稻全基因组内对DUF642家族成员进行了鉴定,并对其染色体定位、进化关系、基因结构、蛋白结构和启动子顺式作用元件等进行了系统的分析.结果显示,水稻DUF642基因家族有6个成员,分布在1号、3号、4号、7号染色体上.系统发育进化树分析可将6个水稻DUF642蛋白分为3个亚组,基因结构和蛋白结构保守基序分析都表明水稻DUF642家族成员在进化上具有较高的保守性.启动子顺式作用元件预测以及非生物逆境诱导表达模式分析表明,OsDUF642家族基因在水稻响应非生物逆境胁迫中具有重要作用.以上结果加深了对植物DUF642基因家族的认识,并为进一步阐明OsDUF642基因家族成员在水稻抵御非生物逆境中的生物学功能提供了参考依据.     

杨树GABA支路3个基因家族的鉴定和表达分析

【目的】 γ-氨基丁酸(GABA)与植物的生长发育有着密切的联系。结合前期对GABA抑制杨树不定根发育的研究,对GABA支路基因家族的特征和表达模式进行研究,为进一步解释其在不定根发育中的作用奠定基础。【方法】从银白杨(Populus alba)×P. glandulosa ‘84K’(‘84K’杨)基因组中鉴定出GABA支路的PopGAD、PopGABA-T和PopSSADH 3个基因家族成员,并利用生物信息学方法分析其特征,以及与其他物种相关基因家族的亲缘关系;利用qRT-PCR研究外源GABA及其降解抑制剂vigabatrin(VGB)对各基因表达的影响。【结果】①PopGAD、PopGABA-T和PopSSADH 3个基因家族成员数量依次为6、2和2个,启动子序列中主要包含与光、激素和环境等响应相关元件。②系统进化分析表明,PopGAD家族中PopGAD6与家族其他成员亲缘关系较远;PopGABA-T和PopSSADH家族中的两个基因成员亲缘关系较近。③基因表达分析表明,不定根生长过程中GABA支路基因总体上在根中表达量高于茎和叶。外源GABA或VGB处理对PopGAD和PopGABA-T两个基因家族成员在根、茎和叶中的表达量影响程度不同,但对 PopSSADH基因家族的表达则无明显影响。【结论】 GABA支路3个基因家族在‘84K’杨树响应光、激素和环境胁迫等方面具有重要作用。外源GABA和VGB处理对PopGAD和PopGABA-T家族成员的影响较大,并且均在根中表达量最高,表明这两个基因家族在不定根生长过程中发挥着重要调控功能。这为深入解析GABA在树木不定根发生中的作用机制奠定了基础。     

一类植物中特有的转录因子——AP2/EREBP转录因子家族

AP2/EREBP转录因子家族是一类在植物中特有的转录因子.该家族转录因子的共同特点是其DNA结合域为保守的AP2/EREBP结构域.根据所含保守结构域数目,该家族分为AP2和EREBP两个亚族.AP2亚族转录因子与调控植物生长发育有关,EREBP亚族转录因子应答植物非生物逆境胁迫.本文就AP2/EREBP类转录因子的结构特征、功能、与靶元件的作用模式、对基因的调控表达以及最新研究进展做全面性的综述.     

赤霉素关键蛋白DELLA对植物雄蕊发育研究进展

在植物生长发育过程中,DELLA蛋白作为响应赤霉素（GA）信号通路负调控因子,其家族成员在植物雄蕊组织中均有表达,对植物生长发育起着重要作用.通过近几年研究发现,无论是拟南芥还是水稻,DELLA基因的突变都会导致植株的雄性不育.该文综述了DELLA蛋白基本特征、参与赤霉素信号通路的调控,以及在雄蕊发育中的作用,为今后的研究提供一定的理论基础.     

烟草花粉与雌蕊互作调控机制研究进展

授粉是植物生活史周期中的一个重要过程.茄科植物属于湿柱头,实心花柱.成功授粉起始于花粉粘附在成熟的柱头表面,接着水合、萌发,花粉管穿过柱头后沿着花柱传导组织细胞间隙朝着胚囊的方向生长,经过助细胞后释放精子完成双受精.在这个过程中,花粉外壁决定因子与花粉管生长通道中的各种成分相互作用,激活花粉管细胞内部的一系列生理生化反应.存在于烟草柱头、花柱传导组织细胞、子房和助细胞中的各种分泌物对于花粉细胞粘附、花粉管生长营养供给、信号传导、方向引导具有重要作用;另外,某些花粉决定因子与雌蕊成分的相互作用也可能导致自交不亲和与杂交不亲和.文章总结了烟草授粉后花粉与雌蕊相互作用涉及的物质及机理,这些物质主要包括蛋白质、多糖、脂类、激素、酶类和黄酮类等.     

不同授粉方式对祝光苹果受精过程的影响

祝光苹果自花授粉后2小时,花粉粒在柱头上萌发。授粉当日和次日,花粉管在花柱中生长。授粉后第三日,花粉管停止生长,最长花粉管平均长至花柱全长的26％。此时,花粉管先端明显膨大。而后,未见到有抵达花柱基部的花粉管,也未见到受精过程的发生。 异花授粉后4—6小时,大量花粉粒在柱头上萌发。授粉后1—2日,花粉管径直向花柱基部生长。授粉后50小时,花粉管穿过花柱基部,进入子室内。授粉后3—4日,观察到进入胚囊的花粉管将内含物释放到一个已退化的助细胞中。授粉后5—6日,观察到双受精过程。     

ASI基因家族结构及表达分析

为研究编码α-淀粉酶/枯草杆菌蛋白酶抑制剂（α-amylase/subtilisin inhibitor, ASI）的基因结构特征及功能,本研究利用NCBI、Phytozome等平台工具鉴定到来源于23种植物的33个ASI基因家族成员,分析其进化特点及其编码蛋白的理化性质和保守基序等信息.同时结合RT-qPCR技术分析水稻ASI在干旱和盐胁迫条件下的表达模式.结果表明,ASI基因家族具有较高的保守性,但其编码蛋白上下游区域的保守性强弱不一,同时顺式作用元件预测结果提示ASI基因可能参与植物生长发育调控、响应生物及非生物胁迫等生理过程. RT-qPCR分析发现,较未胁迫条件下,幼苗期水稻的根、叶鞘和叶片等组织中RASI基因发生了不同的表达变化,提示ASI基因可能具有多样性的生物学功能.     

植物中花粉管在柱头的生长特征

在多数高等植物中,花粉粒通过虫媒或(和)风媒到达植物雌花柱头,花粉粒在柱头吸水萌发后,穿过花柱组织,最终花粉管将两个精细胞传递给雌配子体,从而实现双受精作用.在受精过程中,花粉管必须穿透柱头并在花柱组织中生长,最后到达胚珠的珠囊,这一定向生长过程需要十分精确的调控.本文就花粉管的激活和引导研究进展进行了综述,并对今后的研究提出展望.     

植物AP2/ERF转录因子及其在非生物胁迫应答中的作用

APETALA2/ethylene-response factor(AP2/ERF)类转录因子在植物中广泛存在,在调节植物生长发育及响应外界胁迫中发挥重要作用。鉴于此类调节蛋白的可塑性和该家族个体成员的特异性,AP2/ERF转录因子作为优异调控抗性基因在基因工程育种中日益受到重视。综述了AP2/ERF类转录因子的发现、结构特征、调控机理及非生物胁迫应答机理,以期为深入挖掘和研究AP2/ERF家族基因提供参考。     

甘薯受精前后卵器的超微结构研究

讨论了甘薯受精前后卵器各细胞超微结构的变化.助细胞在珠孔端具有丝状器,并有丰富的内质网、线粒体、高尔基体和质体(在宿存助细胞中特别丰富),花粉管进入到退化助细胞中并将内含物释放出来.卵细胞具有丰富的线粒体、内质网和核糖体.受精后,类脂体、高尔基体、线粒体和核糖核蛋白体明显增加.受精前卵器各细胞只有珠孔端具有壁,受精后合子的高尔基体的数量和活性增加.还比较了甘薯卵器和到目前为止研究过的其它一些植物卵器超微结构的异同.     

糜子有性生殖过程中的特异现象

简要报道了糜子有性生殖过程中的一些特殊现象.如花粉败育、小孢子均等分裂、二细胞抱原、双卵卵器、助细胞状卵,双胚囊、三核合子和单受精等.     

A guided tour: Pollen tube orientation in flowering plants

Sexual reproduction in flowering plants requires that two sperm cells are delivered to the embryo sac where double fertilization of an egg cell and of a central cell results in the formation of a diploid embryo and of the triploid nutritional endosperm tissue. The immobile male gametes are delivered to the im- mobile female gametophyte by a single cell, the pollen tube. The pollen tube must be able to germinate on a genetically appropriate stigma and it must be directed through the transmitting tract of the style from where it must target an ovule. Moreover, the pollen tube must enter the ovule at a defined opening, the micropyle, grow toward one of the two synergids and release the two sperm cells upon contact. This complex process requires recognition events with chemically based or physically supported cell-cell communication as well as directional cues for the growing pollen tube. A number of molecules and mechanisms have been implicated in pollen tube guidance which are summarized in this review.     

沙冬青成熟胚囊助细胞的超微结构观察

本文对沙冬青（Ａｍｍｏｐｉｐｔａｎｔｈｕｓｍｏｎｇｏｌｉｃｕｓ）成熟胚囊助细胞的超微结构进行了观察，结果如下：１）开花前一天助细胞珠孔端有明显的丝状器，并在其附近的细胞质中有许多管状内质网，核位于珠孔端，细胞器主要集中在核周围和合点端细胞质中，两助细胞超微结构一致。２）开花当天，助细胞合点端细胞壁消失，近珠柄侧的助细胞中细胞器变得稀少，内质网膜和质体膜变得模糊不清，而远珠柄例的助细胞中细胞器发达，此时，两助细胞在超微结构上显示出明显的差异，表明与其功能、退化和花粉管进入有关。     

Shoot control of root development and nodulation is mediated by a receptor-like kinase

In legumes, root nodule organogenesis is activated in response to morphogenic lipochitin oligosaccharides that are synthesized by bacteria, commonly known as rhizobia. Successful symbiotic interaction results in the formation of highly specialized organs called root nodules, which provide a unique environment for symbiotic nitrogen fixation. In wild-type plants the number of nodules is regulated by a signalling mechanism integrating environmental and developmental cues to arrest most rhizobial infections within the susceptible zone of the root. Furthermore, a feedback mechanism controls the temporal and spatial susceptibility to infection of the root system. This mechanism is referred to as autoregulation of nodulation, as earlier nodulation events inhibit nodulation of younger root tissues. Lotus japonicus plants homozygous for a mutation in the hypernodulation aberrant root (har1) locus escape this regulation and form an excessive number of nodules. Here we report the molecular cloning and expression analysis of the HAR1 gene and the pea orthologue, Pisum sativum, SYM29. HAR1 encodes a putative serine/threonine receptor kinase, which is required for shoot-controlled regulation of root growth, nodule number, and for nitrate sensitivity of symbiotic development.     

Self-incompatibility in Papaver targets soluble inorganic pyrophosphatases in pollen

In higher plants, sexual reproduction involves interactions between pollen and pistil. A key mechanism to prevent inbreeding is self-incompatibility through rejection of incompatible ('self') pollen. In Papaver rhoeas, S proteins encoded by the stigma interact with incompatible pollen, triggering a Ca2+-dependent signalling network resulting in pollen tube inhibition and programmed cell death. The cytosolic phosphoprotein p26.1, which has been identified in incompatible pollen, shows rapid, self-incompatibility-induced Ca2+-dependent hyperphosphorylation in vivo. Here we show that p26.1 comprises two proteins, Pr-p26.1a and Pr-p26.1b, which are soluble inorganic pyrophosphatases (sPPases). These proteins have classic Mg2+-dependent sPPase activity, which is inhibited by Ca2+, and unexpectedly can be phosphorylated in vitro. We show that phosphorylation inhibits sPPase activity, establishing a previously unknown mechanism for regulating eukaryotic sPPases. Reduced sPPase activity is predicted to result in the inhibition of many biosynthetic pathways, suggesting that there may be additional mechanisms of self-incompatibility-mediated pollen tube inhibition. We provide evidence that sPPases are required for growth and that self-incompatibility results in an increase in inorganic pyrophosphate, implying a functional role for Pr-p26.1.     

黑莓果实发育过程中蔗糖磷酸合成酶基因的表达分析

【目的】蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase, SPS)是调控植物蔗糖代谢合成的关键酶,在植物光合产物的积累与分配方面有重要作用。本研究旨在探讨黑莓3个SPS基因的系统发育关系、编码的蛋白特性、在不同发育时期、不同组织中的时空表达特性,并分析其与黑莓发育的关系。【方法】以黑莓栽培品种‘宝森’(‘Boysenberry’)为试材,从中克隆和鉴定了3个 SPS 基因家族成员,利用生物信息学和荧光定量聚合酶链式反应(qRT-PCR)等方法对3个黑莓SPS 基因RuSPS1、RuSPS2和RuSPS3的氨基酸序列、保守作用元件、编码的蛋白特性、蛋白结构及进化关系进行分析,并对这3个基因在黑莓中的时空表达情况与酶活性进行了相关性分析。【结果】多重氨基酸序列比对显示,黑莓SPS蛋白具有植物SPS家族特有的2个保守蛋白结构域及2个相对保守的蛋白磷酸位点;系统进化分析表明,RuSPS基因分为A、B两个亚族,其中RuSPS1和RuSPS3为A亚族成员,RuSPS2为B亚族成员;保守作用元件分析表明, 除RuSPS2含基本的蛋白保守元件外, RuSPS1和RuSPS3都存在不同程度的片段缺失;序列分析和比较揭示了黑莓SPS基因与其他家族的不同特征。qRT-PCR分析显示,3个RuSPS基因在黑莓各个组织器官中均有表达,其中RuSPS1在叶片和果实中表达量较高,在花中的表达量较低;RuSPS2在发育成熟的果实中有大量的表达,在其他器官中表达量较低;RuSPS3在各器官中的表达均较高,说明 SPS基因表达具有明显的组织特异性,3个RuSPS基因都随着果实发育进程在果实和叶片中表现了表达增加的趋势。果实和叶片中SPS酶活性的变化与RuSPS基因表达水平一致。相关分析表明,叶片中SPS活性与RuSPS2显著正相关(P<0.05),果实中SPS活性与RuSPS1显著负相关(P<0.05)。【结论】3个RuSPS基因与黑莓果实发育过程中的蔗糖合成与代谢关系密切,均参与了黑莓的生长发育调控,其中叶片中SPS活性的变化一定程度上是由RuSPS2调控,果实中SPS活性的变化则是由RuSPS1调控。     

Characterization of an endo-1,4-β-glucanase from Lilium longiflorum that functioned in pollen germination and pollen tube growth

Endo-β-glucanases play vital roles in the regulation of pollen tube growth. Here, a previously identified endo-l,4-β-glucanase from Lilium Iongiflorum （lily）, named LlpCell, was expressed in Escherichia coli, purified, and further investigated for its physiological function. The recombinant LlpCell protein hydrolyzed carboxy-methylcellulose （CMC） and exhibited activity towards laminarin from Eisenia. arborea and 1,3：l,4-β-glucan of barley. The pH for the optimum activity was 6.0 and the value of Km calculated from CMC was 5.0 mg/mL. Adding EDTA resulted in the total loss of the enzymatic activity, and this effect could be restored by the addition of Ca^2＋. Western blotting analysis showed that LlpCell protein was present in pollen grains and rehydrated pollen grains, and the amount of the protein was increased during pollen germinating, but not in the pollen tube. Consistently, the immunofluorescence labeling study with the antibody against LIpCell also indicated the presence of LIpCell at the begin-ning of germination, but not in the elongating pollen tube. Furthermore, incubation of LlpCell with pollen at the beginning of pollen germination increased the germination percentage and the length of pollen tube. All of these results suggested that LlpCell could play an important role in the regulation of lily pollen germination and the initiation of pollen tube growth.