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拟南芥花粉特异表达的LRXs蛋白在花粉萌发和花粉管生长过程中的功能研究

王笑笑  
【摘要】:在高等植物中,雄配子体-花粉萌发出花粉管,并以此为媒介,将两个精细胞运送到雌配子体-胚珠中,与卵细胞和中央细胞结合,完成受精作用。在这个过程中,正常的花粉萌发和花粉管生长至关重要。本论文利用反向遗传学、细胞生物学、分子生物学及生物化学等多种生物学方法对拟南芥花粉中特异表达的四个Leucine-Rich Repeats/Extensins(LRXs)蛋白-LRX8,LRX9,LRX10和LRX11在花粉萌发和花粉管生长过程中的功能进行了深入的研究。LRXs是一类细胞壁蛋白,因包含一个Leucine-Rich Repeats(LRR)结构域和Extenxin(EXT)结构域而得名。通过RT-PCR和GUS染色,发现LRX8-11具有相似的表达模式,都在成熟的三核期花粉粒和花粉管中高表达。我们对lrx8、lrx9、lrx10和lrx11单突变体,以及以单突变体为材料杂交得到的六个双突变体、四个三突变体和一个四突变体进行了细致的表型分析。在营养生长上,所有突变体与野生型相比均无显著的缺陷。在生殖生长上,单突变体的角果结实率与野生型无显著性差异,双突变体中只有lrx8 lrx9和lrx8 lrx10的结实率略有下降,而三突变体和四突变体的结实率与野生型相比显著降低。四突变体与野生型的正反交实验暗示突变体结实率下降的原因是雄配子体功能缺陷,遗传学分析进一步发现突变体雄配子体传递效率显著下降。亚历山大、DAPI和FDA染色对花粉(雄配子体)发育进行观察发现,所有突变体花粉的活力和核型都正常。体外花粉萌发实验表明,三突变体和四突变体表现出不同程度的花粉破裂和花粉管畸形表型,在体内,突变体的花粉管在传导束中的生长比野生型缓慢。亚细胞定位分析显示LRX8-GFP,LRX10-GFP和LRX11-GFP定位于花粉管的细胞质和细胞壁上。免疫组织化学染色实验表明三突变体lrx9 lrx10 lrx11和lrx8 lrx9 lrx11花粉管亚尖端细胞壁上的鼠李半乳糖醛酸聚糖Ⅰ含量升高,而lrx8 lrx9 lrx11中岩藻糖化的木葡聚糖降低,并且lrx8 lrx9 lrx11花粉管尖端胼胝质升高。用根毛中发挥功能的LRX1的基因组DNA能部分互补lrx8 lrx9 lrx10的花粉萌发率及角果结实率。综上所述,LRX8-11四个成员可能协同参与花粉和花粉管细胞壁结构的组装和细胞形态的维持,LRX8-11基因缺失影响了花粉管细胞壁上多糖的沉积,导致花粉破裂和花粉管畸形。所以LRX8-11在花粉萌发和花粉管生长过程中发挥了重要作用。本论文不仅丰富了细胞壁蛋白的功能研究,还为进一步解析花粉萌发和花粉管生长的分子机制奠定了基础。


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