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拟南芥GR1与NTRA调控花粉管在柱头表面生长的研究

崔晶晶  
【摘要】:植物授粉过程包括花粉在柱头上的黏附、水合、萌发出花粉管、花粉管在花柱中极性生长、花粉管到达珠孔释放精细胞与卵细胞、中央细胞融合等,这个过程受到许多基因精细而复杂的调控。授粉过程中,花粉(管)与柱头细胞的识别决定花粉在柱头表面的水合和萌发以及花粉管在柱头表面的生长。拟南芥GLUTATHIONE REDUCTASE 1(GR1)编码NADPH依赖的谷胱甘肽还原酶,NADPH-dependent THIOREDOXIN REDUCTASE A(NTRA)编码NADPH依赖的硫氧还蛋白还原酶。GR1定位在细胞质中,NTRA在胞质和线粒体中有定位,两者都参与细胞氧化还原水平的调控,在发挥功能时可能存在功能冗余。我们在研究中通过杂交得到拟南芥gr1 ntra的双突变体,并对双突变体花粉的表型进行了观察。拟南芥gr1-1和ntra-1突变体均为T-DNA插入的突变体,T-DNA分别插入在GR1的第三个内含子和NTRA的第一个外显子上。gr1-1和ntra-1中GR1和NTRA的表达水平显著下调。接着我们分别研究了gr1、ntra、gr1/+ntra/-、gr1/-ntra/+突变体植株的雄配子传递效率,发现gr1和ntra单突变体的雄配子传递效率没有异常,但是gr1/+ntra/-和gr1/-ntra/+的雄配子传递效率均为0,表明GR1和NTRA同时突变后会影响雄配子体的正常功能。为了进一步分析GR1和NTRA同时突变后如何影响雄配子体的功能,我们分别对野生型和突变体植株的花粉进行了观察。通过扫描电镜、DAPI染色、亚历山大染色、FDA染色后观察,单突变体和双突变体的花粉在形态、细胞核数目、活力等方面均没有观察到明显异常。单突变体和双突变体花粉的体外萌发也没有明显异常。随后,我们将野生型、单突变体和双突变体的花粉在去雄的野生型柱头上限量授粉,观察花粉的水合和萌发。与野生型相比,突变体花粉在柱头表面的水合没有明显异常,杂合双突变体的花粉在柱头上可以萌发出花粉管,但是部分花粉管在柱头表面停止生长,无法到达花柱引导组织。这些结果表明GR1和NTRA调控花粉管在柱头表面的生长。为了探究GR1和NTRA同时突变后花粉管在柱头表面停止生长的原因,我们利用荧光染料S4B标记花粉壁的纤维素,与野生型相比,突变体花粉壁没有观察到明显异常。利用线粒体的荧光染料Mito Tracker?Deep Red FM分别对野生型和突变体花粉的线粒体进行标记,发现突变体中包含异常线粒体的花粉数量明显升高,双突变体中几乎没有线粒体的花粉粒所占比例明显高于单突变体和野生型。GR1和NTRA参与细胞内氧化还原水平的调节,利用CM-H_2DCFDA荧光染料标记活性氧后,发现双突突变体部分花粉胞内的活性氧水平也显著升高。我们的结果表明,GR1和NTRA共同调控花粉管在柱头上的生长,它们可能是通过调控花粉内部活性氧水平来影响花粉管在柱头表面的生长。但是GR1和NTRA调控花粉管在柱头表面生长的机制还有待进一步研究。


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