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]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.

为探究猕猴桃雌雄异株变异为雌雄同株的分子机制,本研究对满天红猕猴桃雌雄同株变异株的雌花与雄花进行了转录组测序、生物信息学分析及qRT-PCR验证.转录组差异表达基因鉴定结果表明,雌花和雄花间共有337个差异表达基因,雄花中有241个基因表达量上调,有96个基因表达量下调.差异表达基因的GO与KEGG富集结果表明,与雌花相比,雄花中上调的基因主要参与氨基糖和核苷酸糖的代谢以及次生代谢物合成等路径;下调的基因则主要富集在次生代谢物合成、类胡萝卜素合成等途径.通过功能注释分析出30个潜在的性别相关调控基因,其中5个在次生代谢产物合成路径中表达.选取7个差异表达基因进行qRT-PCR验证,其在雌花、雄花中的表达水平与转录组数据一致.本研究结果为猕猴桃雌雄同株材料的创制提供了一定的理论依据.

隐性雌雄异株指植株表型为非雌雄异株,但形态上两性花通常雄性不育或雌性不育,植株个体实际仅行使雌性或雄性功能.两性花植株向雌雄异株的转变在被子植物中广泛存在,隐性雌雄异株作为潜在的中间阶段对于理解植物性系统的演化具有重要意义.据APG Ⅳ分类系统,这些物种在被子植物的22目36科65属约221种植物中有过报道,分别约占被子植物总目数的34.4％、总科数的8.7％、总属数的0.5％和总种数的0.1％;多为分布于热带或亚热带地区依靠生物传粉的木本植物,且至少存在花蜜或花粉作为访花报酬.该性系统形态学的性表达类型多样:可分为雄花两性花异株(类型Ⅰ)、两性花植株(类型Ⅱ)、雌花两性花异株(类型Ⅲ)及其他类型(类型Ⅳ)4种,分别约占已报道隐性雌雄异株物种数的48.9％、47.5％、2.7％和0.9％.从系统发育看,该性系统在被子植物木兰分支、单子叶植物分支及真双子叶植物分支均有分布,且主要分布于较为进化的核心真双子叶植物类群中.隐性雌雄异株物种不育性器官的进化意义存在多种假说,包括祖先假说、遗传约束假说、促进风媒花粉落置假说、传粉者吸引假说、拟态与欺骗假说等,但相关实证研究较少.本文对隐性雌雄异株物种不同类群的性表达形式、不育性器官败育类型进行了归纳,并对具该性系统的类群在被子植物中的分布与系统演化进行了分析与总结,同时对有关隐性雌雄异株物种不育性器官进化意义的5个假说进行了介绍与评价,最后对今后的相关研究方向进行了展望.以期为深入研究被子植物隐性雌雄异株性系统的进化式样与机制研究提供理论资料.

特化传粉系统通常被认为是一种高效的植物与传粉者互作的关系,但即使是高度特化的花朵也经常接受非传粉者的访问.当前的特化传粉系统研究主要关注于植物与特定传粉者的相互作用,往往忽视了其他访花者的潜在影响.海芋(Alocasia odora)与芋果蝇属(Colocasiomyia)物种是典型的高度特化传粉互惠关系,但海芋花序仍存在许多其他的访花者类群,它们对传粉过程的影响尚不清楚.通过访花者筛除实验,本研究证实了海芋的授粉过程必须有海芋果蝇(C.alocasia)或异海芋果蝇(C.xenalocasiae)的参与.除此以外,海芋花序上还观察到包括露尾甲科、蜜蜂科、隐翅虫科和跗线螨科等类群的访花者,共计10种.繁育系统实验表明,海芋的自交不亲和性是由空间和时间上的雌雄分离造成的.因此,尽管其他访花者未直接对海芋结实率做出贡献,但它们对花粉和雄花不育区分泌物报酬的取食行为仍可能整体上减少了有效花粉资源,并与传粉者竞争报酬资源,进而间接影响有效传粉者的传粉行为.本研究为特化传粉理论提供了新视角,未来研究应更全面考虑访花者的整体作用.

[目的]SQUAMOSA promoter binding protein-like(SPL)转录因子在植物开花诱导中起重要的调控作用.从核桃基因组中鉴定SPL(JrSPL)基因家族成员并分析其表达特性,为探究SPL在核桃开花诱导中的功能研究提供参考.[方法]采用生物信息学方法鉴定JrSPL基因家族成员,并预测其基本理化性质、保守结构域、进化关系、启动子顺式作用元件等;利用转录组测序和RT-qPCR技术分析JrSPL家族成员在核桃不同组织及嫁接诱导开花后的表达水平.[结果]JrSPL家族有 28 个成员,其基因结构和蛋白结构均高度保守,分布在核桃 14 条不同的染色体,与拟南芥和毛果杨分别存在17 处和 24 处共线性关系,根据系统发育关系可分为 8 组.JrSPL启动子存在大量的光响应元件、激素应答元件、胁迫响应元件等.转录组测序分析显示,JrSPL基因在核桃不同组织表达量有差异,在雄花、雌花、顶芽及叶中均有表达,多数基因在雌花中的表达量都比较高,有 6 个基因最为显著,它们可能在开花诱导中起关键作用.在嫁接诱导核桃开花材料中,检测的 12 个JrSPLs中除了JrSPL8 外,在开花材料中的表达量均高于对照,JrSPL2 和JrSPL25 在混合花序的雄花中表达显著,JrSPL8 在顶芽中高表达.[结论]JrSPL基因在核桃成花中具有重要作用,其高表达是花期提前的主要因素.

水菜花(Ottelia cordata)是珍稀濒危的沉水植物,现仅分布在中国海南岛北部海口至文昌一带的淡水湿地,其造型优美,极具园艺观赏价值.然而,受人类活动影响,水菜花的生境急剧退缩且更加破碎化,濒临灭绝.为探究水菜花的繁殖特征和繁殖规律,该研究分析了水菜花的花部形态、性比、花粉活性、柱头可授性、反射光谱、花粉限制与无融合生殖及其传粉者类型与行为.结果表明:(1)水菜花雌雄异株,雌、雄个体的性比约为1∶2;水菜花雌、雄花形态相似,但雌花略大于雄花.(2)水菜花花粉活性和柱头可授性在花蕾期和开放期均较高.(3)中华蜜蜂(Apis cerana)是水菜花的主要传粉者,传粉效率较高且访问雄花的频率显著高于雌花.(4)水菜花雄蕊、雌蕊间的花色距离显著高于中华蜜蜂辨别的阈值(P＜0.001).(5)在自然授粉和人工授粉下,水菜花坐果率分别为95.29％和98.42％,并且不存在无融合生殖现象.综上所述,水菜花两性模拟的欺骗性传粉并不完美,传粉者可以从视觉上区分雌花和雄花;而由于水菜花雄花数量较多,传粉者低频率的"错访"足以达到水菜花雌花的繁殖需求.因此,在今后开展水菜花迁地保护、人工种群恢复等保育工作时,应重视水菜花种群大小、性别比例和当地传粉者种群数量.

峨眉拟单性木兰(Parakmeria omeiensis)是木兰科(Magnoliaceae)拟单性木兰属(Parakmeria)的常绿乔木,属于国家Ⅰ级保护的极度濒危植物.为探究峨眉拟单性木兰两性花中雄性败育发生的时期及花药不同发育时期的生理生化特性,以两性花中的不育雄蕊和雄花中的可育雄蕊为材料,利用石蜡切片观察2种雄蕊的花药发育过程,并测定不同发育时期的可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸的含量,分析过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)的活性.结果表明:(1)不育雄蕊与可育雄蕊在减速分裂时期出现明显差异,不育雄蕊的绒毡层致密、没有发育,四分体未形成,随后解体,花粉囊中无花粉;可育雄蕊的绒毡层和小孢子母细胞发育正常,成熟时花粉囊开裂,花粉粒溢出.(2)不育雄蕊的可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量,在减数分裂时期、单核期和花粉成熟期都显著低于可育雄蕊.(3)不育雄蕊POD活性整体呈上升趋势,在减数分裂时期、单核期和花粉成熟期都显著高于可育雄蕊;不育雄蕊CAT活性整体呈下降趋势,显著低于同时期的可育雄蕊.综上认为,两性花中雄性败育发生在减速分裂时期,其败育的主要原因是物质能量代谢降低,绒毡层没有进一步发育,不能给小孢子母细胞提供营养物质;过氧化氢酶及过氧化物酶的活性异常,造成细胞内不能及时清除自由基,使小孢子母细胞的减数分裂受阻,无法形成四分体.该研究结果为深入开展峨眉拟单性木兰雄性不育的分子机制、性系统演化机制研究奠定了基础.

以吉林森工临江林业有限公司金山林场蒙古栎无性系种子园植株为对象,调查分析蒙古栎无性系雌、雄花空间分布规律.结果表明:无性系间单株标准枝数和标准枝小枝数差异达显著水平,无性系间小枝雄花序数、小枝雌花数、雄花序总数、雌花总数差异均达到极显著水平;依据雌、雄花数量将各无性系聚类成多花类群、中间类群和少花类群;蒙古栎种子园内,雌、雄花量上、下冠层间差异均达到显著水平,花量在树冠上、下层间的比为1 ∶ 0.27,说明雌、雄花绝大多数都分布在树冠上层;蒙古栎无性系雄花数量在树冠不同方向上(东、西、南、北)的比为 1 ∶ 0.89 ∶ 0.92 ∶ 0.72,雌花量为 1 ∶ 0.83 ∶ 0.87 ∶ 0.72.

GRAS家族HAM亚家族(scarccrow-like 6,SCL6)是一类植物特有的转录因子,在植物生长发育中具有关键作用,文冠果(Xanthoceras sorbifolium Bunge)是国特有的重要林木能源植物,雄花的雌蕊败育是造成产量低的主要原因,为解析XsSCL6基因在文冠果(Xanthoceras sorbifolium Bunge)雌蕊发育中的调控作用,采用RT-PCR方法克隆文冠果4个XsSCL6同源基因,并对关键XsSCL6a蛋白进行亚细胞定位;对XsSCL6基因进行生物信息学分析,利用qRT-PCR分析XsSCL6基因在文冠果雌蕊败育过程中的表达模式.结果表明,(1)获得文冠果XsSCL6a、XsSCL6b、XsSCL6c和XsSCL 6d基因ORF全长,分别编码751,669,717,717个氨基酸,均属于亲水不稳定蛋白.(2)文冠果XsSCL6蛋白主要由无规则卷曲和a-螺旋构成,定位于细胞核.(3)XsSCL6a、XsSCL6c和XsSCL6d均包含GRAS保守结构域,文冠果XsSCL6蛋白和克莱门柚及甜橙的亲缘关系最近.(4)文冠果XsSCL6基因启动子中包含多种激素响应元件、植物发育相关元件.(5)qRT-PCR结果显示,XsSCL6基因各个时期在雄花中的表达量显著高于雌花,表达量的趋势和转录组FPKM值一致.(6)xso-miR171和XsSCL6基因均存在裂解方式的靶向关系,TPM值和FPKM值为负相关关系.XsSCL6基因可能受到xso-miR171调控,共同参与文冠果雌蕊发育过程,对文冠果花发育具有重要作用.