川芎是著名的川产道地药材,原植物Ligusticum chuanxiong长期采用无性栽培,存在有性生殖障碍,制约其种质创新.该研究基于比较解剖学研究思路,通过形态解剖、石蜡切片、染色压片以及结合扫描电镜技术,对川芎及其近缘野生藁本L.sinense的生殖生长各个阶段的花部特征、果实、种子进行了比较研究.结果表明川芎花药花粉母细胞减数第二次分裂期间存在异常,四分体时期小孢子大小不均匀、数量不一致;花药发育过程中绒毡层细胞未退化完全;花粉成熟期,花药壁存在细微裂缝,花药大部分不能正常释放花粉;成熟花粉粒表面凹陷、部分畸形,花粉无活力且不能进行体外萌发,花粉内淀粉、多糖和脂类物质明显不足;川芎开花盛期花丝较短,向下反曲;果期可见双悬果,但果实干瘪,种子皱缩.对比观察同期藁本,花药发育正常,花粉粒有活力,双悬果饱满;开花盛期,花丝较长且直立,明显高于柱头.川芎和藁本子房内均可见成熟胚囊,未见明显不同,柱头也无明显差异.结论认为,川芎雄蕊发育过程中,花粉母细胞减数分裂、四分体、绒毡层、花丝等结构异常发育,川芎具有雄性不育特征,是其有性生殖障碍的重要原因.

中国桫椤科植物近年出现了以幼苗减少为特征的生殖障碍新趋势,该研究首次观察了桫椤科笔筒树有性生殖关键环节即游动精子的行为及形态,以明确中国桫椤科植物生殖障碍发生的发育环节及其解剖特征.结果表明:(1)笔筒树的游动精子可分为初游期、平稳期、衰亡期.精子开始游动后经1～3 s的初游期,即可达到约200r·min-1的自转频率、约130 μm·s-1的位移速度;在17～22 min的平稳期内,精子自转频率和位移速度基本稳定,对水体质量即颈卵器释放的化学诱导物质较为敏感;衰亡期为5～7 min,精子的自转频率、位移速度和敏感性逐渐降低,直至消失.(2)笔筒树的精子为长条状螺旋形,长10～12 μm,螺旋2.5～3.5圈,自上而下由顶脊、鞭毛带、鞭毛、精核、细胞质等5部分构成.(3)笔筒树精子的鞭毛带沿精核呈螺旋状分布在精核的前1/3处,着生有鞭毛32～48条,细胞质呈泡状,随精子游动时间的延长而逐渐萎缩,精核不均质.

减数分裂是有性生殖生物产生单倍体配子的特殊分裂方式,其第一次分裂(减数分裂Ⅰ)过程中同源染色体的行为是最突出的特征.在减数分裂Ⅰ,同源染色体间形成的联会复合体通过促进和调控程序性DNA双链断裂的形成和修复,确保同源染色体正确的识别、配对、重组和分离,从而为减数分裂Ⅰ的顺利完成提供保障.本综述对联会复合体的组成和功能研究进展进行了回顾,探讨了联会复合体的组装如何影响程序性DNA双链断裂的修复和交叉互换的形成,并总结了与人类生殖障碍相关的联会复合体成分突变,还对该领域未来研究方向进行了展望.

榧树属植物现存7种,有性生殖障碍大,野生种质资源稀少,多为渐危至濒危的重点保护植物.无性繁殖是扩大种群规模,保护及开发利用该属植物的必要前提,目前所用技术主要是嫁接、组织培养和扦插.其中,嫁接成功率受接穗与砧木的亲和力及活力、嫁接方法与嫁接时期等影响;组织培养效果与植物基因型、外植体类型及取材时间、基本培养基种类、激素种类及浓度、外源添加物、培养环境等密切相关;扦插生根率高低与插穗类型,扦插时期,扦插基质,外源激素的种类、浓度和处理时间以及扦插后管理等密切相关.未来还需继续加强无性繁殖技术研究,并探索其机理,从根源上解决榧树属植物无性繁殖难题,全面推进无性繁殖技术在榧树属植物种群扩大中的应用.

植物有性生殖过程中,花粉-柱头间的识别作用是确保亲和花粉萌发、完成受精并保持后代遗传稳定性的重要环节,也是农业生产上杂交育种的一个障碍.相关研究历来备受关注.然而,经过几十年的研究,亲和花粉如何被识别仍是未解之谜.最近,华东师范大学李超团队的研究成果,揭示花粉外被B类小肽PCP-Bs与柱头分泌的RALF23/33小肽竞争性地与柱头乳突细胞质膜上的ANJ-FER受体激酶复合体直接结合,通过下游RAC/ROP-NADPH氧化酶信号途径调节柱头活性氧水平,从而调节亲和花粉水合作用的机制.这一发现是认识花粉与柱头识别机制的重要突破.

目的 通过研究北苍术有性生殖特性为下一步系统深入地研究北苍术繁殖生物学特性提供基础支撑方法采用野外定点观测结合细胞形态学测定的方法,对北苍术开花、传粉授粉以及结实等有性生殖特性进行研究.结果 北苍术为两性花雌花异株植物;花期为6月上旬至9月下旬,花序自上而下,由外至内开放;雌花序和两性花序开花特性不同;花粉长球形;花粉/胚珠比5326;专性异交;虫媒花,优势访花者为蜂类和蝇类;北苍术雌花株结实率显著高于两性花株,但无胚种子在两类花株所结种子中占比均≥70％,北苍术自然结实率极低;种子瘦果,无胚乳.结论 北苍术特殊的有性生殖特性,对北苍术野生资源有性繁殖造成极大障碍.

目的:pmr1基因编码P型钙转运ATP酶Pmr1,参与维持细胞壁完整性和调控胞质分裂.以粟酒裂殖酵母为模式细胞,探究pmr1缺失后对细胞有性生殖及细胞分裂中肌动蛋白环精细动力学的影响,揭示pmr1缺失后细胞异常生长过程中的关键基因和代谢通路.方法:通过细胞生长速率测定、产孢统计、绿色荧光蛋白标记肌动蛋白和活细胞成像的方法,检测pmr1缺失对细胞有丝分裂和有性生殖的影响;采用RNA-Seq对野生型菌株和pmrlΔ菌株测序和生物信息学分析,并进行qRT-PCR验证.结果:pmr1缺失后细胞生长减慢,分裂期细胞长度减小,子囊孢子长度增加,且肌动蛋白环的形成时间增加.RNA测序结果显示,mfm1、mfm2和mat1-Mc下调,错配修复通路cdc1和exo1上调以及糖酵解/糖异生途径pgi1、pfk1和dld1下调是引起pmr1 Δ孢子长度增加的主要因素;糖酵解/糖异生途径tdh1、pgk1下调,以及脂肪酸合成代谢途径fas1、fas2、cut6和lcf1下调导致了 pmr1Δ分裂期细胞长度减小;hsp9上调是影响pmr1Δ收缩环形成时间增加的关键基因.qRT-PCR实验证实,pmr1缺失后关键基因的表达趋势与RNA-Seq结果一致.结论:pmr1缺失后,粟酒裂殖酵母细胞中错配修复通路、糖酵解/糖异生途径及脂肪酸合成代谢途径发生障碍,导致细胞及孢子形态均异常,且肌动蛋白环形成受阻,细胞增殖减缓.