领春木Euptelea pleiosperma延迟受精机理研究

As a relic protection plant endemic to East Asia, Euptelea pleiosperma has been paid more attention than other plant by botanist, but it’s phenomenon of delayed fertilization has not been concerned. The mechanisms of delayed fertilization in E. pleiosperma has important theory meaning to understand angiosperm special reproductive process, it also has important scientific significance for understand the survival strategy, protection and system evolution. In this project, we will validate the E. pleiosperma has remarkably asynchrony in development of microspores and megaspores base on embryological research methods, we will determination the time and mode of delayed fertilization by pollination biology research methods, we also explore the key gene of regulating pistil post-maturity with the result of transcriptome sequencing, and verity the functional of key genes with yeast two-hybrid and Arabidopsis Transformation. Based on the above results, we will analysis the mechanism of delayed fertilization; the results will provide a new theoretical basis and direction for further research on the special reproductive process of delayed fertilization.

领春木Euptelea pleiosperma作为东亚特有的孑遗保护植物，一直被植物学者所关注，但其延迟受精的现象一直未给与足够的重视，明确领春木延迟受精的机理对深刻认知被子植物的特殊生殖过程具有重要的理论意义，同时对该物种的生存策略、保护和系统演化也具有重要科学的意义。本项目以领春木为研究材料，利用胚胎学的方法验证领春木大小孢子发育的不同步性；利用传粉生物学的方法确定领春木延迟受精的时间和模式；结合转录组测序探寻调控领春木雌蕊后熟的关键基因，并对其进行功能验证。基于上述研究结果，我们将探明领春木延迟受精的机理，其研究结果可为深入研究延迟受精类植物的特殊生殖过程提供新的理论基础和研究思路。

领春木(Euptelea pleiospermum)为领春木科的两性花的观赏木本植物。被子植物受精过程通常在授粉后数天内完成，而领春木花发育中存在明显的雌蕊滞后发育现象，开花期间雌蕊子房内的胚珠仍处于原基发育阶段。目前报道的雌蕊滞后发育多发现于雌雄异花植物，领春木为两性花且具雌蕊滞后发育现象，使其成为研究雌蕊滞后发育分子机理的理想材料。本研究从细胞生物学、开花生物学、基因组学和分子生物学的角度对领春木雌蕊滞后发育的机制进行初步探索，主要研究结果如下：细胞生物学观察表明领春木大小孢子发育具有不同步性，雌蕊发育成熟要晚于雄蕊发育成熟一个月以上（约60d），领春木的雌蕊具有明显滞后发育的现象。开花生物学的实验结果表明，领春木花粉活力与柱头可授性具有同步性，且散粉后柱头具有较长时期的可授性，柱头可授性持续时间（平均20d），要明显长于花粉活力持续时间（平均3d）；花粉可离体萌发，但未观察到花粉在柱头上的萌发现象；领春木为风媒传粉植物，异花传粉，兼有无融合生殖。基因组学和分子生物学结果表明，EuplAG1和EuplAG2不仅在心皮、雄蕊和胚珠中有表达，而且在苞片和叶片中也有表达；EuplAG2和EuplAGL11在心皮和胚珠形成初期高度表达。蛋白-蛋白相互作用结果显示EuplAG1、EuplAG2和EuplAGL11不能成对形成同源二聚体和异源二聚体；EuplAG1和EuplAG2可以与eupl3 -2、EuplPI、EuplSEP1和EuplSEP3相互作用，而EuplAG2只能与EuplSEP3蛋白作为中间培养基的EuplAGL11相互作用；拟南芥的异位表达表明，35S::EuplAG1拟南芥产生了异常的花，其中萼片顶端转化为心皮，花瓣转化为雄蕊；35S::EuplAG2拟南芥植株的果实早在花瓣开放之前就已过早伸长，而35S::EuplAGL11拟南芥则在萼片内部产生类似胚珠的结构；表明EuplAGL11和euplagl2可能在胚珠发育延迟过程中发挥重要作用，共同调控胚珠发育。这些结果丰富了我们对AGAMOUS/SEEDSTICK亚家族基因在花发育中的作用的认识，并为胚珠发育延迟的研究提供了理论依据。