第四章植物繁殖器官與雌雄配子體發(fā)育

1、,Diagram of events in gametophyte development and fertilization,Stamen (雄蕊),Pistil (雌蕊）,減數(shù)分裂,有絲分裂,配子體,配子,Chapter 3,Development of Floral Reproductive Organs and Gametophytes,3.1 雄蕊和雄配子體的發(fā)育 3.2 雄性不育現(xiàn)象分析 3.3 雌蕊的發(fā)育 3.4 雌蕊發(fā)育的基因調(diào)控,3.1 雄蕊和雄配子體的發(fā)育,1) 花藥的發(fā)育2) 花粉的發(fā)育,被子植物的雄配子體發(fā)育,雄配子體在花藥中發(fā)育成花粉粒,Where the anthe

2、r develops from?,1) 花藥的發(fā)育,花藥產(chǎn)生于雄蕊原基,雄蕊原基,Where the anther develops from?,1) 花藥的發(fā)育,花藥產(chǎn)生于雄蕊原基,表皮,小孢子母細(xì)胞絨氈層外層,絨氈層內(nèi)層維管組織,花 藥,TA56(tapetum 56) TA29,TA56(tapetum 56) TA29,2) 花粉的發(fā)育,T:絨氈層 PG:花粉,2) 花粉的發(fā)育,sperm cells,小孢子發(fā)生,花粉形成并最終釋放,生殖細(xì)胞,營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞,What is the significance for the asymmetric division（不對(duì)稱分裂）?,2) 花粉的

3、發(fā)育,Horvitz(1992) 認(rèn)為這種分裂為 決定性分裂，它為花粉粒的進(jìn)一步發(fā)育和花粉管的生長(zhǎng)提供了 養(yǎng)分和能源，進(jìn)而將精細(xì)細(xì)胞 運(yùn)送到胚囊中,在番茄中Lat52 基因僅在花粉發(fā)育后期較大的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞中表達(dá)。,2) 花粉的發(fā)育,Eady等(1995)將Lat52 的啟動(dòng)子與GUS融合，轉(zhuǎn)化煙草。,2) 花粉的發(fā)育,Lat52:GUS (高濃度秋水仙素)： 花粉細(xì)胞不分裂，至花粉發(fā)育后期Lat52照樣表達(dá)。,2) 花粉的發(fā)育,Lat52:GUS (低濃度秋水仙素)：,2) 花粉的發(fā)育,Lat52:GUS (低濃度秋水仙素)： 花粉對(duì)稱分裂，Lat52在兩個(gè)相同的細(xì)胞中表達(dá)，兩個(gè)細(xì)胞均發(fā)育為營(yíng)養(yǎng)

4、細(xì)胞。,?,2) 花粉的發(fā)育,?,細(xì)胞不對(duì)稱分裂，是兩個(gè)子細(xì)胞分化的前提條件。,Muschieffi et al. 將Lat52 的反義基因?qū)敕选?結(jié)果：,Pollen sterile,?,Chapter 16,Development of Floral Reproductive Organs and Gametophytes,3.1 雄蕊和雄配子體的發(fā)育 3.2 雄性不育現(xiàn)象分析 3.3 雌蕊的發(fā)育 3.4 雌蕊發(fā)育的基因調(diào)控,3.1 雄蕊和雄配子體的發(fā)育,3.2 雄性不育現(xiàn)象分析,16.2 雄性不育現(xiàn)象分析,16.2 雄性不育現(xiàn)象分析,1) 雄性不育的概念2) 雄性不育的分類,雄性不育

5、: 植株由于不能產(chǎn)生正常的花藥、花粉或雄配子而導(dǎo)致不育的現(xiàn)象。,雄性不育的意義： For plant kingdom For human,16.2 雄性不育現(xiàn)象分析,16.2 雄性不育現(xiàn)象分析,1) 雄性不育的概念2) 雄性不育的分類,1）細(xì)胞質(zhì)雄性不育 2）細(xì)胞核不育： 顯性核不育 隱性核不育,廣泛應(yīng)用 三系 線粒體-細(xì)胞核互作 嵌合基因,玉米T-型不育系,T-urf13編碼13KD多肽，位于線粒體內(nèi)膜上。,玉米T-型不育系,T-urf13編碼13KD多肽，位于線粒體內(nèi)膜上。,16.2.1 細(xì)胞質(zhì)雄性不育,玉米T-型不育系,T-urf13編碼13KD多肽，位于線粒體內(nèi)膜上。 不育系有兩個(gè)恢復(fù)

6、基因：Rf1和Rf2。Rf2已克隆, 編碼一種線粒體醛脫氫酶。作用機(jī)理還不清楚。,16.2.1 細(xì)胞質(zhì)雄性不育,矮牽牛,不育基因 pcf： 線粒體genome中的嵌合基因,編碼25KD多肽。 該多肽干擾植株氧化過程中的電子傳遞。,16.2.1 細(xì)胞質(zhì)雄性不育,16.2 雄性不育現(xiàn)象分析,16.2 雄性不育現(xiàn)象分析,1) 雄性不育的概念2) 雄性不育的分類,1）細(xì)胞質(zhì)雄性不育 2）細(xì)胞核不育： 顯性核不育 隱性核不育,隱性核不育： 占核不育的90%。光溫敏核不育水稻長(zhǎng)日下不育,短日可育；剛剛被華中農(nóng)業(yè)大學(xué)和華南農(nóng)業(yè)大學(xué)的水稻研究組分別克隆。,3) TA29人工雄性不育,煙草花藥絨氈層特異表達(dá)基因

7、TA29 細(xì)菌RNase基因Barnase 抗除草劑基因Bar,1) TA29:Barnase-35S:Bar,Tobacco:,煙草花藥絨氈層特異表達(dá)基因TA29 細(xì)菌RNase基因Barnase 抗除草劑基因Bar,TA29R/+, Male sterile, herbicide resistant 2) TA29R/+ X +/+ Half male sterile, half male fertile,RNase抑制基因BR(Barnase repress gene ) TA29:BR,3) TA29R/+ X TA29:BR Normal F1 hybrid plants,1) TA

8、29:Barnase-35S:Bar,Tobacco:,Chapter 16,Development of Floral Reproductive Organs and Gametophytes,3.1 雄蕊和雄配子體的發(fā)育 3.2 雄性不育現(xiàn)象分析 3.3 雌蕊的發(fā)育 3.4 雌蕊發(fā)育的基因調(diào)控,3.1 雄蕊和雄配子體的發(fā)育,3.3 雌蕊的發(fā)育,7.3 雌蕊的發(fā)育,雌蕊由一個(gè)心皮或多個(gè)心皮融合后發(fā)育而來。 連接在一起的表皮細(xì)胞脫分化,并發(fā)育成胎座；心皮上端向上延伸形成長(zhǎng)短各異的花柱和柱頭。,Pistil development,成熟的雌蕊包括柱頭、花柱和子房, 子房里著生胚珠,1) 心皮的發(fā)

9、育,被子植物的雌配子體發(fā)育,雌配子體在胚珠中發(fā)育成胚囊,Flower pistil in Arabidopsis and tomato at anthesis,Chapter 16,Development of Floral Reproductive Organs and Gametophytes,3.1 雄蕊和雄配子體的發(fā)育 3.2 雄性不育現(xiàn)象分析 3.3 雌蕊的發(fā)育 3.4 雌蕊發(fā)育的基因調(diào)控,BEL1突變?yōu)閎el1: 珠被發(fā)育為心皮,3.4 雌蕊發(fā)育的基因調(diào)控,bel1,Why?,Bel1: 編碼同源異形區(qū)轉(zhuǎn)錄因子,先在胚珠原基中表達(dá),隨后僅在珠心和珠柄相鄰處表達(dá)。,珠心和珠柄相鄰處是

10、內(nèi)、外珠被發(fā)生區(qū)域； Bel1 突變?yōu)閎el1，則內(nèi)珠被不能發(fā)育,外珠被繼續(xù)心皮的發(fā)育路線。,Homeo-box,3.4 雌蕊發(fā)育的基因調(diào)控,Ray等(1994)： 35S:AG,野生型植株(BEL1),Why?,How to isolate more pistil specific genes using the information from ABC model in plants?,3.4 雌蕊發(fā)育的基因調(diào)控,bel1,MADS box基因作探針,Angenentet al.,1995:,若干同源cDNA (FBP7 和 FBP11),表達(dá)部位？ 原位雜交- 在雌蕊中心及發(fā)育中的胚珠表

11、達(dá) 結(jié)構(gòu)？ MADS box binding protein 功能？ 轉(zhuǎn)基因：35S:FBP7-,3.4 雌蕊發(fā)育的基因調(diào)控,How about FBP11?,MADS box基因作探針,Angenentet al.,1995:,若干同源cDNA (FBP7 和 FBP11),3.4 雌蕊發(fā)育的基因調(diào)控,How about FBP11?,Ecotopic formation of ovulelike structures on the sepals,35S:FBP11,3.4 雌蕊發(fā)育的基因調(diào)控,BEL1 FBP ANT SIN OVM MEI ,Tens of genes controlling embyro sac development have been identifi