拟南芥KD690基因调控花粉管萌发与生长的机制

The male gametes are delivered into the female gametophytes by pollen tubes in flowering plants.Therefore, growth of pollen tubes is important to sexual plant reproduction and tightly related to agricultural production. To ensure the normal growth of pollen tube, gene expression must be regulated precisely at transcriptional and translational levels in pollen grain and pollen tube. However, little has been known about the mechanisms that regulate gene expression in pollen tube. In our previous work, we isolated a male gametophytic mutant kd690 showing defect in pollen germination and pollen tube growth. KD690 gene encodes a putative DNA-binding protein that belongs to ARID-HMG family and is mainly expressed in pollen grains at three-cell and later stages and in pollen tube. The KD690-GFP protein was located in the nucluate of pollen vegetative cell, implying that it may be involved in regulation of gene transcription in pollen. This project is to further characterize the kd690 mutant and function of KD690 gene, to further understand the mechanism that regulates gene expression during pollen tube growth and prepare for the establishment of genetic regulation network in pollen tube growth.

显花植物的雄配子是通过花粉管运送传递至雌配子体的。因此，花粉管的生长在有性生殖过程中起重要作用，与农业生产密切相关。为保证花粉管的正常生长，花粉及花粉管内的基因表达在转录水平和翻译水平上都会受到精确的调控。但目前对花粉管内基因表达的调控机制还知之甚少。我们在前期的探索研究中分离到一个严重影响花粉的萌发与花粉管生长的雄配子体突变体kd690。初步的分析结果显示，KD690基因编码一个预测具有DNA结合活性的ARID-HMG家族蛋白，主要在三细胞期之后的花粉及花粉管中表达，其产物蛋白初步定位于花粉的营养细胞核中，暗示其可能参与花粉中基因转录调控作用。本项目拟利用各种分子生物学、细胞生物学、生物化学、遗传学等方法进一步鉴定这个雄配子体突变体kd690及其相关基因的功能，探讨花粉管生长过程中的基因表达调控机制，为建立花粉管生长的遗传调控网络打基础。

显花植物的雄配子是通过花粉管运送传递至雌配子体，因此花粉管生长在有性生殖中起重要作用，与农业生产密切相关。本项目通过鉴定雄配子体突变体kd690及其相关基因的功能研究KD690在花粉管生长中的作用。完成了原订研究计划，基本上达到了预期研究目标。KD690基因编码AtHMGB1蛋白，在花粉粒和花粉管中优势表达。KD690基因突变显著地抑制花粉管生长，表明该基因在花粉管生长中起重要作用。AtHMGB15属于ARID-HMG DNA-结合蛋白家族，主要定位于三核花粉和花粉管的营养细胞核中。Microarray分析结果显示kd690（athmgb15-1）突变体会显著地影响1686个基因的表达，它们中很多是花粉和花粉管中高表达的基因，并且与花粉管的生长发育相关。此外，AtHMGB15 能在体外测试体系中与DNA结合，并且在植物细胞测试体系中能与花粉表达转录因子AGL66 和AGL104互作。已有报道表明AGL66 和AGL104是花粉成熟和花粉管生长所需的。因此，推测AtHMGB15 可能是通过与AGL66 和AGL104互作调控花粉和花粉管营养细胞中的基因表达在花粉管生长中起重要作用。. 部分研究结果已经发表在The Plant Journal杂志上。本项目先后支持王玉娇等多名博士研究生进行科研活动，其中主要参与该项目的王玉娇、钮乾坤和周精精同学都得以顺利毕业，并获得了博士学位。