功能性雌雄异株植物玉叶金花雄性不育的细胞学机制研究

植物雄性不育的分子与细胞学研究在植物生殖过程中具有十分重要的生物学意义。本项目将在我们过去工作的基础上，以功能性雌雄异株植物玉叶金花（Mussaenda pubescens）为实验系统， 着重开展三方面的研究：(1)绒毡层解体的细胞程序化死亡与雄性不育的关系；（2）小孢子发生过程细胞壁组成对玉叶金花特化为功能性雌雄异株影响；（3）功能性雌株小孢子发生过程中miRNA的差异表达及其对雄性不育的调控机制研究。在上述研究中拟采用透射电镜技术、单克隆抗体标记、激光共聚焦扫描显微术、原位末端分析、solexa测序技术等，借助这些技术和方法，阐明玉叶金花花药绒毡层的解体、细胞程序化死亡的启动与玉叶金花雄性不育三者之间的关系，揭示玉叶金花功能性雌株雄性不育的分子细胞学机制，有助于对玉叶金花属植物乃至被子植物性系统的起源与演化方面的研究。

运用透射电镜、免疫单克隆抗体标记、激光共聚焦扫描显微术以及蛋白质组学等技术，对玉叶金花大小孢子发育过程的超微结构特征及相关营养物质和壁物质分布以及长短柱两个发育阶段雌蕊的差异蛋白进行研究，主要结果如下：长柱花小孢子从四分体向游离小孢子发育过程出现超微结构异常现象。绒毡层细胞器解体时期较短柱早，但细胞外形结构破坏较短柱迟。长短柱花绒毡层解体均出现核染色质凝集或趋边化，细胞器液泡化等现象。绒毡层超微结构特征及核酸酶活性检测均证明长短柱花绒毡层解体为细胞程序化死亡；对玉叶金花小孢子发育过程的免疫荧光组织化学观察，结果发现长柱花四分体外壁胼胝质分布极少，与短柱花存在明显差异。由于胼胝壁分布模式以及绒毡层解体的异常，引起多糖、脂类、类黄酮、果胶质以及阿拉拍半乳糖蛋白转运至小孢子及随后的花粉细胞壁与花粉外被的构建产生影响，从而引起玉叶金花长柱花雄性不育。对大孢子发育过程研究表明，在大孢子退化主要发生在四分体大孢子时期，短柱大孢子四分体时期珠孔端、合点端以及后期胚囊内壁胼胝质持续累积，影响功能性大孢子形成以及雌配子体发育。蛋白质组研究结果共鉴定到55个差异蛋白，主要有与碳水化合物及氨基酸代谢、能量代谢、蛋白质合成、细胞扩展和胁迫反应相关。