AP3/DEF(APETALA3/DEFICIENS)基因为MADS-box基因家族的B类基因,在花发育过程中主要参与调控花瓣和雄蕊发育.对盐肤木(Rhus chinensis)AP3/DEF同源基因进行克隆及功能分析,有助于探究其在盐肤木雄蕊发育过程中的作用.采用RT-PCR技术获得盐肤木AP3/DEF同源基因CDS;利用NCBI CD Search对其序列和结构域进行比较分析;利用酵母双杂交系统,对AP3/DEF同源蛋白与盐肤木中其它MADS-box转录因子进行蛋白互作验证;通过实时荧光定量PCR分析盐肤木AP3/DEF同源基因的时空表达模式;用过表达拟南芥(Arabidopsis thaliana)验证盐肤木AP3/DEF同源基因在花器官发育中的功能.结果表明,克隆得到2个盐肤木AP3/DEF同源基因分别命名为RcAP3(GenBank:OR962160)和RcTM6(GenBank:OR962159),根据其氨基酸保守结构域比对及系统进化分析,发现这2个蛋白序列与漆树科的芒果(Mangifera indica)和阿月浑子(Pistacia vera)AP3/DEF同源蛋白亲缘关系最近.酵母双杂交结果表明,RcAP3和RcTM6与盐肤木B类蛋白RcPI、C类蛋白RcAG和Rcag存在互作关系,但与A类和E类蛋白不存在互作关系.实时荧光定量PCR分析结果显示,RcAP3和RcTM6基因在不同性别盐肤木花芽快速发育期高表达,在花芽发育早期和开花后表达水平较低;RcAP3在雌花、雄花和两性花的花芽分化过程中均维持较高的表达水平,而RcTM6在两性花中显著表达,在雄花和雌花中表达量很低.两性花快速生长期,RcAP3在花瓣和雄蕊中高表达且差异很小,而RcTM6在雄蕊中的表达量显著高于其它花器官.RcAP3基因能恢复拟南芥ap3-3突变体花瓣和雄蕊的缺陷表型,RcTM6过表达则导致拟南芥花瓣、雄蕊和子房缩短,花药败育,表明盐肤木中同属AP3/DEF亚家族的同源基因RcAP3和RcTM6存在功能分化.RcAP3促进花瓣和雄蕊发育,而RcTM6抑制雄蕊发育.研究结果为进一步研究盐肤木性别分化的分子机制奠定了基础.

目的 考察枸杞子与菊花药对配伍对发育期豚鼠光源性近视发生及发展的影响.方法 采用三基色荧光灯照射发育期豚鼠,建立光源性近视模型,枸杞子-菊花提取物添加饲料饲养豚鼠,利用眼科A型超声测量仪检测眼轴,HE染色观察豚鼠视网膜病理损伤,酶联免疫吸附实验(ELISA)检测豚鼠视网膜多巴胺(DA)及褪黑素(MT)含量,转录组学分析等方法探讨枸杞子-菊花对豚鼠光源性近视的影响.结果 造模 6 周后,与正常组相比,模型组豚鼠眼轴显著增长(P<0.01),近视模型建立成功;枸杞子-菊花提取物可有效减缓模型组豚鼠晶状体加厚、玻璃体腔加深,进而延缓整体眼轴的过度增长;模型组豚鼠视网膜组织变薄,视网膜内核层及外核层的厚度及细胞数目显著降低,神经节细胞核稀疏,神经节细胞层空泡化明显,枸杞子-菊花提取物能保护视网膜细胞,视网膜内核层及外核层的厚度及细胞数目增加,神经节细胞核增多;ELISA检测显示模型组豚鼠视网膜内DA、MT水平显著降低(P<0.05),中、高剂量枸杞子-菊花提取物能够有效提升模型组豚鼠视网膜及血清中DA含量(P<0.01,P<0.001);眼部转录组学分析筛选的差异基因主要富集于过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR)信号通路、含胶原蛋白的细胞外基质等相关途径;ELISA结果显示,高剂量枸杞子-菊花提取物能显著增加PPARγ、COL1A1 含量(P<0.01),降低SMA含量(P<0.05).结论 枸杞子-菊花药对具有延缓发育期豚鼠光源性近视发生及发展效用,保护视网膜细胞,改善人工光环境导致的DA分泌紊乱,参与调控眼部PPARγ水平,对光源性近视的防控具有积极意义,为临床合理用药和创制眼功能健康产品提供了科学依据.

[目的]探究无患子(Sapindus mukorossi Gaertn.)雄性不育品种'琦蕊'雄花不同发育时期的细胞学特征及差异表达基因,为深入解析无患子雄性不育发生的分子机制提供理论依据.[方法]在观察雄花花药不同发育过程的细胞学特点基础上,进一步利用RNA-Seq技术分别对小孢子母细胞时期(T1)、四分体时期(T2)、单核小孢子时期(T3)的雄花进行转录组比较分析,筛选关键差异表达基因.[结果]'琦蕊'绒毡层和内层细胞的持续膨大与增殖使得药室结构混乱,药室空间不足,最终导致无可育花粉产生.内源激素测定发现,茉莉酸水平在'琦蕊'雄花发育过程中呈下降趋势.3 个时期的转录组分析共筛选到 2 990 个差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),其中T2_vs_T1 中 722 个(516 个上调,206 个下调),T3_vs_T2 中 1 741 个(765个上调,976 个下调).GO和KEGG分析表明,这些DEGs主要富集在代谢过程、细胞分裂、花粉壁合成、激素信号转导等方面,共鉴定到 32 个花粉发育相关DEGs、27 个激素合成及信号转导DEGs.随机选取 9 个DEGs进行RT-qPCR分析,结果与RNA-Seq数据趋势一致,证明转录组数据的准确性.[结论]绒毡层细胞持续增殖和内层细胞延迟退化不断挤压小孢子是导致无患子'琦蕊'雄性不育发生的主要原因,物质代谢、细胞分裂、激素水平、花粉发育等相关基因在雄性不育发生过程中发挥重要作用.

[目的]脂肪酸脱氢酶(fatty acid desaturase,FAD)是一类催化植物不饱和脂肪酸合成的关键酶,在植物生长发育及逆境胁迫响应中起重要作用.鉴定番茄SlFAD基因家族,为番茄SlFAD基因家族功能研究及遗传改良提供理论依据.[方法]采用生物信息学方法,对其基因家族成员进行鉴定,并对其理化性质、基因结构、系统发育树和表达模式等方面进行研究.[结果]在番茄基因组中共鉴定出 26 个SlFAD基因,可分为 4 个亚族;理化性质分析显示SlFAD蛋白的氨基酸个数在 119-912 个之间,分子量介于 13 288.27-102 522.25 Da,SlFAD蛋白在番茄中主要以碱性蛋白的性质存在,大部分SlFAD家族成员为稳定蛋白和亲水性蛋白;亚细胞定位预测SlFAD基因家族成员主要存在于内质网;基因特征分析显示同一亚族间的成员具有较为相似的基因结构和保守基序;启动子顺式作用元件分析显示数量最多的是光响应与激素响应相关的元件;染色体定位显示 26 个SlFAD家族成员共分布在 10 条染色体上,6 号和 12 号染色体上成员最多;二级结构预测显示 26 个SlFADs家族成员均以α-螺旋和β-转角为主;转录组数据及RT-qPCR分析表明SlFAD1、SlFAD4 和SlFAD18 基因在成熟花药中高度表达,SlFAD23 在根尖中高度表达,说明SlFAD1、SlFAD4 和SlFAD18可能参与花药发育,SlFAD23可能参与根尖发育;低温胁迫下,SlFAD6和SlFAD21表达量被抑制,说明SlFAD6 和SlFAD21 可能与低温响应有关系,SlFAD1 和SlFAD14 在低温胁迫初期显著上调,随后又被抑制,说明该基因在低温胁迫初期发挥重要作用.[结论]SlFAD基因家族在番茄根尖、叶片、花药的生长发育过程及低温胁迫中发挥重要作用.

利用雄性不育系制种是利用杂种优势的最有效的途径,尤其对小麦(Triticum aestivum L.)、水稻(Oryza sativa L.)等自花授粉作物的杂种优势利用具有十分重要的意义.ABCG(ATP-binding cassette G transporter)转运蛋白属于ABC(ATP-binding cassette transporter)转运蛋白中的一个大亚族,参与植物各种生物过程,包括调控雄性育性.本文概述了ABC转运蛋白的特点与分类,并系统阐述了ABCG转运蛋白参与调控植物花粉壁和花药角质层发育的研究现状,同时也对ABCG转运蛋白目前研究所存在的问题提出了建议,并对后续的研究进行了展望.

TM8基因属于一个古老的Ⅱ型MADS-box基因亚家族,TM8类基因在被子植物中主要参与雌花的发育,但在裸子植物中的功能尚不清楚.本文通过荧光原位杂交FISH(Fluorescence in situ hybridization)和转基因技术分析裸子植物买麻藤(Gnetum montanum Markgr.)3个TM8基因的功能.结果显示,3个基因均参与了雌性胚珠、不育胚珠和花药柄的发育,但其表达水平和功能在器官间有很大差异.将买麻藤TM8基因转入拟南芥(Arabidopsis thaliana(L.)Heynh.),发现其对短雄蕊的萌发和生长有显著影响,其中1个TM8基因的两个转录本呈不同的表达模式,且转基因拟南芥的花呈现不同表型的变化,表明它们在买麻藤生殖器官发育中可能出现了功能分化.

大豆雄性不育系对发挥大豆杂种优势具有重要价值,然而传统的三系杂交存在恢复系来源受限等问题,而环境敏感型细胞核雄性不育系在不同条件下育性可以改变.本文对ms3(Washington)、ms3(Flanagan)和ms3(Plainview)3个独立突变体的表型和突变位点展开了进一步研究,分别进行了不育表型鉴定、高通量测序、分子标记设计及突变位点验证、分析突变对MS3蛋白结构的影响、ms3(Plainview)花药半薄切片等实验.实验结果表明突变体花粉大量败育,只有零星被I2-KI染液染成黑色的不规则花粉粒.高通量测序结果显示,m3(Washington)和ms3(Flanagan)在MS3第3个外显子的PHD编码区域出现了大片段插入,导致MS3蛋白PHD结构域被破坏,这个等位基因命名为ms3-1;ms3(Plainview)在MS3第1个外显子缺失了一个A,导致移码突变,开放读码框仅编码40个氨基酸,蛋白功能完全丧失,这个等位基因命名为ms3-2.半薄切片结果显示,在花药发育中后期ms3(Plainview)的绒毡层和花粉发育出现异常.综上,本研究的结果为ms3的应用和MS3基因改造提供了材料和依据.

水芹为中国重要的水生蔬菜作物之一,其花两性、花小、花发育不一、种子难发芽以及缺乏雄性不育材料的特点限制了水芹杂交育种和种质的创新.本研究从贵州省毕节市七星关区燕子口镇野生环境中获得水芹雄性不育材料(OtBY001),通过形态、花药和花粉发育的观察、遗传分析等,对OtBY001的不育特征进行研究.结果表明获得的水芹雄性不育材料为多裂叶水芹种(Oenanthe thomsonii C.B.Clarke),其不育原因为花发育过程中花丝萎缩,花药不能形成有活力的花粉,但能够接受外来花粉形成种子.遗传分析表明,该雄性不育材料可能由隐性核单基因控制.暗处理后,OtBY001黄化特征明显,口感优良.

[目的]研究湖北黄精花部形态结构特征和大小孢子发生及雌雄配子体发育过程,以丰富黄精属植物的生殖生物学理论,为进一步开展湖北黄精的品种选育提供依据.[方法]以不同发育时期的湖北黄精花芽为试验材料,用显微观察法观察花部形态结构特征,石蜡切片技术对单花雌雄蕊进行切片观察.[结果]湖北黄精的花被为白色或淡黄绿色,花被筒近喉部稍缢缩;具6枚雄蕊,花丝下端与花被合生,花药开裂方式为纵裂;雌蕊子房上位,3心皮,花柱与子房等长.湖北黄精花药壁由4层细胞组成,成熟的绒毡层具多核,绒毡层发育类型为分泌型;小孢子母细胞减数分裂为连续型,四分体呈左右对称型排列,成熟花粉粒为2-细胞型;存在小孢子发育不同步的现象.雌蕊胚珠具双珠被、厚珠心;四分体呈直线型排列,胚囊发育类型为蓼型;存在双胚囊胚珠现象.在雄蕊的花药壁和雌蕊的子房壁都观察到有束状草酸钙针晶.[结论]湖北黄精雌雄蕊具有较原始的发育特征,虽然在发育过程中都存在异常现象,但雄蕊最终能形成正常的雄配子体,雌蕊低频率的双胚囊现象对总体受精结果影响很小.湖北黄精杂交育种可以选择花药开裂前一时期的花粉,花药壁和子房壁观察到的束状草酸钙针晶无法作为湖北黄精物种鉴定的依据.

被子植物中部分类群的花药开裂方式为孔裂,人们对此类花药的发育与散粉孔的形成及散粉机制了解甚少.杜鹃属(Rhododendron)植物的花药普遍为顶孔开裂,为探究其花药的发育和散粉孔的形成及散粉机制,该研究对锦绣杜鹃(Rhododendron × pulchrum)进行了解剖观察和石蜡切片.结果表明:(1)锦绣杜鹃花药顶端成孔区与花药主体具有不同的组织构成,成孔区由薄壁组织构成,起源于雄蕊原基顶端的分生组织,花粉成熟时薄壁细胞分解成为散粉孔;花药的主体由孢原细胞发育而来,孢原细胞经多次分裂分化成为具多层花药壁的花粉囊.(2)锦绣杜鹃的花药壁在小孢子母细胞至小孢子四分体时期发育完全,有6～7层细胞,包括1层表皮、2～3层药室内壁、1～2层中层和1层绒毡层,中层在小孢子四分体形成后即分解,绒毡层在花粉完全成熟前分解消失,花药壁在花粉成熟时有表皮和2～3层药室内壁.(3)与纵裂型花药不同,锦绣杜鹃的药室内壁在花粉成熟时不发生纤维化,但因积累多糖而增厚,具有韧性和弹性.(4)锦绣杜鹃花粉发育过程中小孢子母细胞产生的4个小孢子不分离,成熟花粉为四合花粉,花粉间具有粘丝.推测锦绣杜鹃具多层药室内壁且加厚可使花粉囊空间缩小,从而将上部花粉"挤出"散粉孔,而花粉间的粘丝使昆虫传粉时可将花粉成团带出,其药室内壁多层且积累多糖是与顶孔开裂相适应的特征.