梨花粉管液泡的提取及CPA和TPC1基因?qū)ǚ酃苌L(zhǎng)的調(diào)控.pdf

1、花粉管發(fā)育是開(kāi)花植物有性生殖過(guò)程中非常重要的步驟。離體生長(zhǎng)的花粉管，從花粉萌發(fā)到花粉管停止生長(zhǎng)在24 h內(nèi)完成，花粉管發(fā)育的后期是一種植物器官的衰老過(guò)程，花粉管會(huì)停止生長(zhǎng)并逐漸死亡。花粉管可以用于研究植物的生長(zhǎng)、衰老和死亡機(jī)制。本研究利用我國(guó)栽培面積最大的梨品種，也是完成梨全基因組測(cè)序的品種‘碭山酥梨’為試材，檢測(cè)了梨花粉管發(fā)育過(guò)程中信號(hào)分子和細(xì)胞器的變化情況，結(jié)合表達(dá)譜技術(shù)等，從轉(zhuǎn)錄組水平上解析了梨花粉管發(fā)育過(guò)程中差異表達(dá)的基因。同時(shí)

2、，基于梨基因組數(shù)據(jù)和表達(dá)譜數(shù)據(jù)，探討了液泡Ca2+通道和陽(yáng)離子/質(zhì)子逆轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族基因信息，在整體上分析了液泡離子轉(zhuǎn)運(yùn)體在花粉管發(fā)育過(guò)程中的作用特性，主要結(jié)論如下:
　　1.分析了花粉管發(fā)育后期（衰老過(guò)程）中胞內(nèi)信號(hào)分子和細(xì)胞器的變化特性，發(fā)現(xiàn)在花粉管衰老過(guò)程中花粉管胞內(nèi)鈣離子濃度和ROS水平顯著上升，胞內(nèi)囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)受到破壞?；ǚ酃苌L(zhǎng)過(guò)程中液泡體積增大，數(shù)目減少。此外，部分衰老的花粉管液泡pH升高、液泡膜破壞、核DNA發(fā)生降解，最

3、終導(dǎo)致衰老花粉管的細(xì)胞程序性死亡(Programmed cell death; PCD)的發(fā)生。
　　2.利用RNA-seq技術(shù)對(duì)花粉管發(fā)育過(guò)程中四個(gè)階段樣本進(jìn)行表達(dá)譜測(cè)序，并對(duì)測(cè)序結(jié)果進(jìn)行分析。4個(gè)階段樣本分別是成熟的花粉（Mature pollen grains; MP）、水合的花粉（Hydration pollen grains; HP）、正常生長(zhǎng)的花粉管（Growing pollen tubes; PT）和生長(zhǎng)停止的花粉管

4、(Stopped-growth pollen tubes; SPT)。將測(cè)序所得的4個(gè)文庫(kù)中的數(shù)據(jù)比對(duì)到梨基因組后共獲得21，394個(gè)基因，GO功能分類(lèi)為38個(gè)功能子類(lèi)。MP-vs-HP，HP-vs-PT和PT-vs-SPT間差異表達(dá)基因(Differentially expressed genes;DEGs)的數(shù)目分別為305、502和2，208個(gè)。采用qRT-PCR方法對(duì)表達(dá)譜測(cè)序結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，證明了數(shù)據(jù)的可靠性。同時(shí)還篩選出了多個(gè)

5、和花粉管發(fā)育相關(guān)的基因，這些基因的發(fā)現(xiàn)有助于闡明梨花粉管發(fā)育后期胞內(nèi)信號(hào)分子變化的分子機(jī)制。本研究為將來(lái)梨花粉管發(fā)育的研究提供了重要的數(shù)據(jù)參考，有助于闡明花粉管發(fā)育后期生長(zhǎng)停止和死亡的發(fā)生機(jī)制。
　　3.從五種薔薇科物種中篩選獲得220個(gè)一價(jià)陽(yáng)離子/質(zhì)子逆轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（Cation/proton antiporter; CPA），其中梨（Pyrus bretschneideri、蘋(píng)果（Malusdomestica）、中國(guó)梅（Prunu

6、s mume）、草莓（Fragaria vesca）和桃（Prunus persica）中CPA基因的數(shù)目分別為53、61、34、35和37個(gè)。在總結(jié)梨CPA基因的基本性質(zhì)基礎(chǔ)上，分析了其系統(tǒng)發(fā)育、基因結(jié)構(gòu)、線性關(guān)系和基因表達(dá)等?；谵D(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)梨果實(shí)和花粉中表達(dá)的CPA基因數(shù)目分別為35和37個(gè)。進(jìn)一步研究了梨CHX16基因的功能，證實(shí)了梨CHX16在花粉管生長(zhǎng)和胞內(nèi)pH穩(wěn)態(tài)中的重要作用。
　　4.雙孔通道1（Two pore