第四章 植物繁殖器官与雌雄配子体发育

• 雌蕊由一个 心皮或多个 心皮融合后 发育而来。 • 连接在一起 的表皮细胞 脱分化 , 并发 育成胎座； 心皮上端向 上延伸形成 长短各异的 花柱和柱头。
Pistil development
被子植物的雌配子体发育
雌配子体在胚珠中发育成胚囊
Flower pistil in Arabidopsis and tomato at anthesis
• • • •
3.1 3.2 3.3 3.4
雄蕊和雄配子体的发育 雄性不育现象分析 雌蕊的发育 雌蕊发育的基因调控
Chapter 16
Development of Floral Reproductive Organs and Gametophytes
• 16.2 雄性不育现象分析
• 雄性不育:
–植株由于不能产 生正常的花药、花 粉或雄配子而导致 不育的现象。
Sepal
35S:FBP11
3.4
雌蕊发育的基因调控
BEL1 FBP ANT SIN OVM MEI …
Tens of genes controlling embyro sac development have been identified from mutation pool of Arabidopsis
Lat52
GUS
2) 花粉的发育
Lat52:GUS ( 高浓度秋水仙素 ) ： 花粉细胞不分裂，至花粉 发育后期Lat52照样表达。
2) 花粉的发育
Lat52:GUS ( 低浓度秋水仙素 ) ：
2) 花粉的发育 在番茄中，发现Lat52基因仅在花 粉发育后期较大的营养细胞中表达。 Eady等(1995)将Lat52的启动子与 GUS融合，转化烟草。 Lat52:GUS ( 高浓度秋水仙素 ) ： 花粉细胞不分裂，至花粉 发育后期Lat52照样表达。
sperm cells
What is the significance for the asymmetric division（不 对称分裂）?
2) 花粉的发育
在番茄中Lat52 基因仅在花粉发育 后期较大的营养细 胞中表达。 Eady等(1995)将 Lat52 的启动子与 GUS融合，转化烟 草。
珠被发育为心皮
bel1
3.4 雌蕊发育的基因调控
Bel1: 编码同源异形区转录因
子,先在胚珠原基中表达,随后 仅在珠心和珠柄相邻处表达。
•珠心和珠柄相邻处是内、 外珠被发生区域； •Bel1 突变为 bel1 ，则 内珠被不能发育,外珠被 继续心皮的发育路线。
Homeo-box
3.4 雌蕊发育的基因调控
16.2.1 细胞质雄性不育
矮牵牛
不育基因 pcf： • 线粒体genome中的 嵌合基因,编码25KD 多肽。 • 该多肽干扰植株氧化 过程中的电子传递。
• 16.2 雄性不育现象分析 1）细胞质雄性不育 2）细胞核不育： 1) 雄性不育的概念 • 显性核不育 2) 雄性不育的分类
• 隐性核不育
Angenentet al.,1995: MADS box基因作探针
矮牵牛雌蕊cDNA文库
若干同源cDNA (FBP7 和 FBP11) •表达部位？ How about 原位杂交 - 在雌蕊中心及发育 FBP11? 中的胚珠表达 •结构？ MADS box binding protein •功能？ 35S: FBP7 35S:FBP7--转基因：
Ray 等 (1994) ：
35S:AGwk.baidu.com
野 生 型 植 株 (BEL1)
bel 1 表型
How to isolate more pistil specific genes using the information from ABC model in plants?
bel1 BEL1
3.4 雌蕊发育的基因调控
•• • • •
3.1 雄蕊和雄配子体的发育 3.2 雄性不育现象分析 1) 花药的发育 3.3 雌蕊的发育 2) 雌蕊发育的基因调控 花粉的发育 3.4
Chapter 3
Development of Floral Reproductive Organs and Gametophytes
被子植物的雄配子体发育
• • • •
3.1 3.2 3.3 3.4
雄蕊和雄配子体的发育 雄性不育现象分析 雌蕊的发育 雌蕊发育的基因调控
Chapter 16
Development of Floral Reproductive Organs and Gametophytes
3.4 雌蕊发育的基因调控
BEL1突变为bel1:
3.4 雌蕊发育的基因调控
Angenentet al.,1995: MADS box基因作探针
矮牵牛雌蕊cDNA文库
若干同源cDNA (FBP7 和 FBP11)
How about FBP11?
Ecotopic formation of ovulelike structures on the sepals
Tobacco:
3) TA29人工雄性不育
• 烟草花药绒毡层特异表达基因TA29 • 细菌RNase基因Barnase • 抗除草剂基因Bar RNase 抑 制 基 因 BR(Barnase repress gene ) TA29:BR 1) TA29:Barnase-35S:Bar Tobacco: TA29R/++, Male sterile, herbicide resistant 2) TA29R/++ X ++/++ Half male sterile, half male fertile Herbicide 3) TA29R/++ X TA29:BR Normal F1 hybrid plants
Lat52:GUS ( 低浓度秋水仙素 ) ： 花粉对称分裂， Lat52 在两 个相同的细胞中表达，两个 细胞均发育为营养细胞。
2) 花粉的发育
细胞不对称分裂， 是两个子细胞分 化的前提条件。
Muschieffi et al. 将 Lat52 的反义基因导入 番茄。 结果：
Pollen sterile
Summary
• 雌雄生殖器官和配子的发育是一个非常 复杂的过程，涉及许多基本的发育生物 学过程，如模式和极性的建立； • 目前配子发生的研究主要还集中于描述 和细胞学水平，对控制它们发生的分子 基础了解还很少，获得的一些突变体及 发育过程中的特异基因，如Bel1将有助于 更好理解发育过程；
绒毡层内层 维管组织
TA56(tapetum 56) TA29
2) 花粉的发育
TA56(tapetum 56) TA29
2) 花粉的发育
小孢子发生
营养细胞
生殖细胞
花粉形 成并最 终释放
sperm cells
T:绒毡层
PG:花粉
2) 花粉的发育
Horvitz(1992) 认为这种分裂为 决定性分裂，它 为花粉粒的进一 步发育和花粉管 的生长提供了 养分和能源，进 而将精细细胞 运送到胚囊中
玉米T-型不育系
T-urf13编码13KD多肽，位于线粒
体内膜上。
16.2.1 细胞质雄性不育
玉米T-型不育系
T-urf13编码13KD多肽，位于线粒
体内膜上。
16.2.1 细胞质雄性不育
玉米T-型不育系
T-urf13编码13KD多肽，位于线粒
体内膜上。
不育系有两个恢复基因：Rf1和 Rf2。Rf2已克隆, 编码一种线粒体醛 脱氢酶。作用机理还不清楚。
• • • •
3.1 3.2 3.3 3.4
雄蕊和雄配子体的发育 雄性不育现象分析 雌蕊的发育 雌蕊发育的基因调控
Chapter 16
Development of Floral Reproductive Organs and Gametophytes
7.3 雌蕊的发育
1) 心皮的发育
成熟的雌蕊包括柱 头、花柱和子房, 子房里着生胚珠
• 雄性不育的意义：
–For plant kingdom –For human
1) 雄性不育的概念 2) 雄性不育的分类
• 16.2 雄性不育现象分析 1）细胞质雄性不育 2）细胞核不育： 1) 雄性不育的概念 • 显性核不育 2) 雄性不育的分类
• 隐性核不育
•广泛应用 •三系 •线粒体-细胞核互 作 •嵌合基因
雄配子体在花药中发育成花粉粒
1) 花药的发育
花药 产生 于雄 蕊原 基
Where the anther develops from?
雄蕊原基
1) 花药的发育
花药 产生 于雄 蕊原 基
雄蕊原基 L1 Where
花
表皮
药
the L2 anther develops L3 from?
小孢子母细胞 绒毡层外层
隐性核不育： 占 核 不 育 的 90% 。 光 温敏核不育水稻长日下 不育 , 短日可育；刚刚 被华中农业大学和华南 农业大学的水稻研究组 分别克隆。
• 烟草花药绒毡层特异表达基因TA29 • 细菌RNase基因Barnase • 抗除草剂基因Bar
1) TA29:Barnase-35S:Bar
第四章
Development of Floral Reproductive Organs and Gametophytes 花繁殖器官和 配子体的发育
Se A Pe St C Ca
B B
SEP3
Stamen (雄蕊)
减数分裂
配子体
配子
有丝分裂
Pistil (雌蕊）
Diagram of events in gametophyte development and fertilization