DAU基因编码的膜蛋白在拟南芥花粉成熟脱水过程中的功能研究

来源 :中国科学院遗传与发育生物学研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:leihaibo880125
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在拟南芥中,花粉完成发育过程中的第二次有丝分裂以后,会紧接着进入一个成熟过程,而该过程当中最主要的环节是花粉的脱水。花粉通过脱水来增强雄配子对外界不良环境的抵抗能力。脱水过程的正确起始以及精确的时间和空间调控对花粉的活力以及育性起着至关重要的作用。我们经过筛选拟南芥Ac/Ds插入突变体库得到了一个雄配子体突变体dayu(大禹,dau)。   经过分析研究表明,成熟的突变体花粉具有萌发花粉才具有的细胞学特征。在花发育12c时期,给予合适的萌发条件突变体花粉可以在植物的花药中提前萌发。提前授粉的实验证明,在花药中提前萌发的突变体花粉,仍然能正常的完成花粉的萌发以及对成熟的雌配子体受精的过程,因而该突变仅仅影响到了花粉的成熟过程,而对花粉的细胞生物学功能没有任何的影响。花粉体外水化的试验表明,突变体12c时期的花粉可以和野生型13时期的花粉一样快速的完成水化的过程,这意味着dau花粉中完全没有花粉脱水这个花粉成熟步骤。进一步的花粉水势测量证明了这点:12c时期的野生型花粉可以在PEG溶液梯度中脱水,在13时期则表现出快速的水化能力;突变体花粉时期12c和13之间没有明显的差别,均表现出快速而直接的水化能力。上述实验表明,由于DAU基因的突变,导致了突变体花粉在花粉成熟过程不会经历花粉脱水的过程,而是直接进入了提前萌发的生物学状态。   蛋白序列的分析表明DAU编码了一个跨膜蛋白,通过洋葱表皮细胞的瞬时表达实验,该蛋白定位在植物细胞的膜系统。在拟南芥花粉中特异表达DAU和RFP融合基因的实验证明该蛋白定位于花粉的内膜系统。通过双分子荧光互补实验表明DAU可以和花粉中特异表达的水通道蛋白TIP1;3在烟草悬浮细胞BY2中相互作用,揭示了DAU可能通过调节花粉内部的膨压来调节花粉的脱水过程。但该实验不能通过膜系统的双杂系统来验证,因此,需要进一步的实验去验证其相互作用。基因的表达谱分析表明DAU在植物的各个组织当中组成性表达。启动子活性的研究表明,DAU从第一次有丝分裂完成时开始表达,一直持续到植物开始散粉时,且随着花粉的成熟,启动子的活性逐步增强。进一步的RNA原位杂交显示,DAU的表达一直持续到花粉落到柱头为止。在花粉中的表达模式证明,DAU属于花粉发育过程中“晚表达”的基因类型,在花粉成熟中起着重要的作用。在花粉中过表达DAU基因会导致成熟的花粉一直处在脱水过程的12c时期而不能萌发,最终导致植物的不育。   细胞学的证据显示,过表达该基因的花粉对外部水分表现出相对的不敏感。上述结果表明,DAU通过使花粉对环境水势不敏感而抑制花粉的提前萌发,使得花粉的脱水过程顺利的完成。
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