第六章 植物胚与胚乳的发育

Regulator
Exon
Promoter Enhancer
intron
DNA methylation mCG
GCm
XY
XX
5‘ direct repeats The 5' direct repeats of the FWA gene
Regulator
Exon
Promoter Enhancer
intron
Plus Biotin in medium
（包含生物素的培养基）
Lack of biotin
bio
Plus Biotin in medium
raspberry：
Wild type 球形胚无法转变
Other stage-specific genes 为心形胚
Twin mutant 双胚突变体
Disorder in PCD?
NPA， LatB生长素 运输抑制剂
（2）基-顶轴的形成
16细胞期 8细胞期
合子不对称分裂后，分裂成基-顶细胞； 在3轮细胞分裂后（16细胞期），顶细胞形成原胚，基细胞形 成胚柄； 到了胚胎发生后期，最上端胚柄细胞—胚根原细胞参与RAM 的形成中，是QC和小柱细胞的原始细胞
What activities are happened in embryogenesis? 胚胎发生过程中的事件
temporally expressed in endosperm?
DNA 甲基化 分析
受精前在中央 细胞中表达
受精后6小时 受精后12小时
中央细胞
受精后24小时
受精后48小时 GFP无法检测到
DNA methylation mCG
胚乳中DNA甲基化程度偏低，发生去甲基化
GCm
5‘ direct repeats The 5' direct repeats of the FWA gene
FWA
in Arabidopsis
RT-PCR analysis of FWA expression in various organs 分析FWA在不同器官中的表达
FWA::FWA-GFP fusion protein analysis
FWA基因在受精后的种子和胚乳中表达
Endosperm analysis with Confocal
胚乳的发育
胚乳发生：中央细胞 极核与精细胞融合。
（1）胚乳发育模式：无需双受精的胚乳发育
没有受精而自主进行 种子发育的fis突变体
没有受精的FIS植株 角果
受精的FIS植株 角果
？
Why fertilization is needed for endosperm development?
为什么双受精是胚乳发育所必须的呢？ Are there endosperm-specific genes? 胚乳发育特异
WOX (WUSCHEL related homeobox)
（1）基-顶轴极性中 WOX2/WOX8,9 调控途径
WOX2和WOX8在合子中共表达； 在发生不对称分裂后，WOX2仅 在顶细胞中表达；而WOX8/9在
顶端胚柄细胞中表达；同时 WOX8的mRNA可以在胚柄下端
细胞中检测到
（2）外层细胞和内层细胞调控基因
玉米和拟南芥的胚乳中均已发现印迹基因
玉米：R基因
拟南芥：MEA、FWA
m: maternal(母本）； p: paternal(父本）
营养生长 阶段
配子体发生
花粉（雄配子体）
拟南
芥中
MEA
基因
组印
受精
迹发
生模
式图
组蛋白H3K27甲基化
Why endosperm-specific?
Studies on the gene
1. 受精 2. 孤雌生殖 3. 花粉粒 4. 愈伤组织
Egg
Ovule and embryo sac
胚胎发生： 从受精卵（合 子）发育成胚
的过程
双子叶植物拟南芥的胚胎发育过程
伸长期 合子经过 四 合子 第一次分 分 裂，产生 体 1个顶细 胚 胞(绿色)
和一个基 细胞(粉红
色)
16
早
心
成
细
期
形
合子对称分裂
The polarity along apicalbasal axis
is disordered.
Pattern mutations
胚胎发育的模式建成包括不同方向上极性建立的机理
生长素的转运在胚胎发生中起着重要的作用 32细胞球形胚阶段
胚轴形成与生长素转运
生长素流的强度与方向只 由运输载体在质膜上的数
•PCD 细胞程序性死亡（基细胞
分裂产生的子细胞，除胚根原细胞之外 ，其它所有细胞均不参与胚的形成，而 是共同构成胚柄，将胚胎与珠孔端的母 体组织连在一起，并在心形胚后期开始 进入程序化死亡而退化）
•Regulation on gene expression基因表达调控
发育特异基因 （Developmental specific genes）
1) Embryo-lethal mutations 2) Pattern mutations
模式突变体
Pattern mutations
Pattern mutations
The polarity along apicalbasal axis
is disordered. 丧失了极性
And the zygote divides symmetrically.
Chapter 6 Embryogenesis and seed development
Chapter 8 Embryogenesis and seed development
8.1 Embryogenesis 胚胎发生 8.2 Endosperm development
胚乳发育
植物胚的不同来源途径
•Polarity establishment 极性的建立（合子）
（1）胚胎发育发生在一个具有高度极性化的环 境中。卵细胞具有极性，它的极性决定于顶端
（核仁）和基部（液泡）不同细胞器的分布
2.O1 Prioglainritoyf icneplllapnotlaanrdityplant cells
量和分布控制
Chapter 8 Embryogenesis and seed development
8.1 Embryogenesis
Chapter 8 Embryogenesis and seed development
8.1 Embryogenesis 8.2 Endosperm development
DHeovewlopambeonutatl sepmecbifircygoe?nes
Organ specific genes House keeping genes
How about embryo?
Organ specific genes
Embryo
胚胎模式形成和细胞分化
不同基因组成表达模式网络
development including FIE,FIS1-2
（2） 胚乳发育中的基因组印迹：
基因组印迹是一种非孟德尔遗传现象。它是指在配 子或合子发生期间来自亲本的等位基因或染色体产 生专一性的加工修饰导致后代体细胞中两个亲本来 源的等位基因有不同的表达活性，又称遗传印迹或 亲代印迹或配子印迹。
Embryo –lethal mutants in maize （玉米）
emb
?
突 变
Mutant bio in
体
Arabidopsis
胚的发育受到影响
Embryo –lethal mutants in maize
A mutant in Arabidopsis
Lack of biotin
（生物素缺乏）
What activities are happened in embryogenesis? 胚胎发生过程中的事件
•Polarity establishment 极性的建立（合子）
•Cell fate 细胞命运决定（合子
经过胚胎发育过程分化出了性质不同的 、处于特定位置的细胞群，并形成了特 定的器官原基和组织）
Lec1 codes a transcript factor
干燥忍耐
除了作为一个干燥耐受 因子，还调控着叶毛和 胚柄的发育
lec1 mutation has Pleiotropic effects on embryo development:
lec1突变体在胚胎发育过程中 表现出多效性
Organ specific genes in embryo
共聚焦显微境观察FWA基因表达模式
Why FWA only
受精前在中央 细胞中表达
受精后6小时 受精后12小时
temporally
expressed in
endosperm?
中央细胞
受精后24小时
受精后48小时 GFP无法检测到
Endosperm analysis with Confocal
Why FWA only
•Polarity establishment 极性的建立（合子）
•Cell fate 细胞命运决定（合子
经过胚胎发育过程分化出了性质不同的 、处于特定位置的细胞群，并形成了特 定的器官原基和组织）
•PCD 细胞程序性死亡（基细胞
分裂产生的子细胞，除胚根原细胞之外 ，其它所有细胞均不参与胚的形成，而 是共同构成胚柄，将胚胎与珠孔端的母 体组织连在一起，并在心形胚后期开始 进入程序化死亡而退化）
胚胎特异发育基因
1) Embryo-lethal mutations （胚胎致死性突变体）
?
Organ specific genes in embryo
1) Embryo-lethal mutations
?
Embryo –lethal mutants in maize
用化学诱变剂 EMS处理的 玉米在后代中 出现一系列 的胚致死突变
的基因？
Why endosperm-specific?
fie mutant: endosperm developed without fertilization (Ohad et al.,1999)
At least 3 gFenIEesecnocnotdroesl eanpdoolsypceormmb-inpdreopteeinndent
DNA methylation
Egg
Polarity in single cells
Or2i.g2inOorfigcienllopfoclealrliptyolarity
Different
distribution of
mRNAs, proteins
Egg
and organelles
between two poles
在极性细胞两极分布 着mRNAs，蛋白质
•Polarity establishment 极性的建立（合子）
•Cell fate 细胞命运决定（合子
经过胚胎发育过程分化出了性质不同的 、处于特定位置的细胞群，并形成了特 定的器官原基和组织）
Ut，外层 It, 内层
顶细胞分裂到8细胞期，外层细胞特化为表皮原细胞，内 层细胞特化为形成层和维管束原细胞
在球形胚的晚期，胚根原细胞发生不 对称分裂，形成一个小的顶细胞和一 个较大的基细胞； 顶细胞继续垂周分裂形成两个小细胞， 组成QC； 基细胞继续分裂形成小柱干细胞
子叶在球形期晚期开始形成
What activities are happened in embryogenesis? 胚胎发生过程中的事件
外层细胞（表皮原）： 内层细胞（形成层和维管束原）：
AtML1和ACR4共同决定
MP和TMO7共同决定
不同作物中胚胎发生调控的保守性
在玉米中，ZmWUS1，ZmWOX2，ZmWOX5已经被鉴定出来；
在水稻中，WOX5同源基因OsQHB已经被鉴定出来； 它们均在胚胎发生中起着重要的调控作用
Organ specific genes in embryo
和不同的细胞器
肌动蛋白微丝
Egg
The intrinsic asymmetry of cytoskeletal filaments
细胞骨架内在的不对称性 来定位生殖细胞
Kinesin: 动粒
微管
囊泡
Kinesin 动粒
褐藻黑角菜属海藻胚发育过程
褐藻黑角菜海藻胚发 育过程中的肌动蛋白
分布
EF为普通荧光显微 镜
熟
胞
心
胚
胚
ຫໍສະໝຸດ Baidu
球
形
形
胚
胚
1：顶细胞；2：基细胞；3：胚根原细胞，形成未来的 ROC和根冠中央区；RM：根尖生长点；SM：茎尖生长点
What activities are happened in embryogenesis? 胚胎发生过程中的事件
What activities are happened in embryogenesis? 胚胎发生过程中的事件