植物花粉发育相关基因的研究进展
花粉壁发育研究进展
花粉壁发育研究进展朱骏;杨仲南【摘要】在被子植物中,花粉壁是雄性配子体表面包裹的一层致密物质,在抵御各种环境压力或微生物的侵袭,以及授粉时细胞的识别等方面具有重要作用.花粉壁由花粉内壁和花粉外壁所组成,其中外壁又分为外壁外层和外壁内层.花粉外壁的物质直接来源于绒毡层细胞,外壁的沉积模式是由初生外壁决定,而花粉内壁由小孢子自身控制.近年来在模式植物拟南芥中,人们克隆了许多与花粉外壁形成相关的基因,这些基因的突变往往会导致植株雄性不育的表型.这些基因涉及到绒毡层发育的调控、孢粉素的生物合成与运输,以及胼胝质壁和初生外壁的形成.笔者对这些基因的功能与花粉壁发育的关系进行介绍.%In angiosperm, the pollen wall is a layer of dense material on the microgametocyte surface, which plays important roles in protecting pollen from various environmental stresses and microorganism attacks, and in cell-cell recognition during pollination. The pollen wall is constituted of the outer layer exine and the inner layer intine. The exine is further divided into sexine and nexine. The material for exine is directly from the tapetum cells, and the deposition pattern of exine is decided by the primexine. Intine is synthesized by microspore itself. Recently, multiple genes were reported to be involved in the pollen wall formation in Arabidopsis theliana. The mutations of the majority of these genes lead to male sterility in plants. The functions of these genes are related to tapetal development, sporopollenin biosynthesis and transport, callose wall and primexine formation. The functions of these genes in the pollen wall development are introduced in this paper.【期刊名称】《自然杂志》【年(卷),期】2013(035)002【总页数】6页(P112-117)【关键词】植物有性生殖;雄性不育;花粉壁;绒毡层;初生外壁【作者】朱骏;杨仲南【作者单位】上海师范大学,生命与环境科学学院,上海200234【正文语种】中文1 引言被子植物的个体发育包括种子的形成、种子的萌发和幼苗成长为成熟植株等营养生长过程，以及开花授粉受精等生殖发育过程，形成孢子体—配子体—孢子体的世代交替。
植物花粉发育过程中基因调控机制研究
植物花粉发育过程中基因调控机制研究植物的花粉发育是一种复杂的过程，涉及到多种细胞分化和发育过程的调节。
其中，基因调控机制在大多数情况下是关键的调控因素。
本文将介绍植物花粉发育过程中几个重要的基因调控机制，并探讨相关的研究进展。
1.表观遗传学调控表观遗传学调控是指利用表观遗传标记或去乙酰化、甲基化、去甲基化等表观修饰酶调控DNA结构和蛋白质修饰的一种方式。
在花粉发育过程中，表观遗传学调控可以影响调控花粉的形态、数量以及花粉的产生能力。
最近的研究表明，这种调控机制在花粉发育的多个阶段起着重要的作用。
例如，在花粉的减数分裂过程中，M-INDEHED1基因介导的表观遗传学调控调节了花粉小体的形成和定位，从而影响了花粉的孢子染色体分离。
此外，调节DNA甲基化和去甲基化过程中DNA甲基转移酶和DNA去甲基转移酶也被证实对花粉发育过程中的细胞分化和形态调节起到重要作用。
2.转录因子调控作为一种常见的转录调控机制，花粉发育过程中的转录因子调控已被广泛研究。
花粉发育过程中，各种细胞型的特异性转录因子的调控调节了花粉细胞的分裂和发育过程。
研究表明，继承同源基因转录因子(MYB80)在花药细胞封闭期间对花粉壁的合成和花粉的释放起着关键作用。
其他基因如DUO1和TDF1也被证实在花粉发育过程中调节了雄蕊和花药壁形成、花粉粒子形态、花粉母细胞发育和花粉质量等关键性过程。
3.miRNA调控miRNA（microRNA）是一种非编码RNA，是植物RNA干扰调控系统中的重要成员。
最近的研究表明，花粉发育过程中miRNA也起到了重要作用。
例如，在花粉发育过程中，miR396通过负向调控GROWTH-REGULATING FACTOR(GRF)家族控制花粉管的枝条生长。
此外，miR157通过调控精子细胞花粉母细胞分裂来影响花粉质量和产量。
综合来看，在植物花粉发育过程中，基因调控机制扮演着重要的角色，如表观遗传学调控、转录因子调控、miRNA调控等。
水稻花粉发育及其相关基因的研究
水稻花粉发育及其相关基因的研究水稻是我国粮食的主要组成部分，其产量与我国经济发展与人民生产生活密不可分。
水稻的生产过程与水稻花粉的发育密切相关。
而随着基因技术的进步，对水稻花粉及其相关基因的研究已经取得了一定的进展。
一、水稻花粉的发育过程水稻花粉的发育开花期间，第一次减数分裂是进行花粉母细胞（PMC）与花藤细胞相互分离。
PMC 的核会经过前期准备，从初始与生长的细胞中分化出来，直到准备完毕，即可产生四个单倍体的微粒子，它们有着不同的染色体组成，包括 A、B 和C 组分别。
同时，花药壁分为外、中、内三层，花粉母细胞会发育到穗头域进一步分裂，形成四个成熟的花粉细胞。
花药在花粉成熟后开裂，四个花粉巢落在花药中，同时各自成熟单个花细胞分裂成四个。
二、水稻花粉发育相关基因的研究近年来，对于水稻花粉发育的基因调控各方面的研究已经取得了一定的成果。
通过分离一系列水稻花粉发育过程中所需的基因，研究人员在遗传、生理等多方面方面加深了对于花粉发育的理解和认识。
1. ARGOSARGOS 是一种水稻花粉大小控制的基因。
它能够在花粉稀疏像型和异型中产生差异。
AROGS 基因能够调节花粉的发育，从而控制水稻的产量。
2. LTP5LTP5 基因是在花粉活动过程中起到重要作用的基因。
它能够与特定的量子点表达，从而抑制花粉毒性产物的积累。
同时，该基因还与关键的生长素信号途径相关联。
3. OsTDF1OsTDF1 是一个编码一种蛋白质的基因，该蛋白质是一种植物细胞粘附剂。
研究人员发现该基因参与花粉细胞壁水解酶的调控，调节了花粉的膨胀和萌发，提高了水稻的产量。
三、水稻花粉发育的应用前景随着对水稻花粉及其相关基因的研究的不断深入，我们可以期待其在未来应用中取得更加广泛的成功。
利用花粉发育的新基因UMC1081 通过转偏光花萼来提高稻米产量，是一种很有前景高效的方法。
同时，花粉发育的调控技术也为工业生产提供了一个全新的手段。
通过研究花粉发育过程中的重要调节因子，我们可以制定更加精准、有效的生产策略，并通过分子调控技术实现对于花粉发育的精细调控。
花粉管生长和极性引导的孢子体和配子体控制研究进展
花粉管生长和极性引导的孢子体和配子体控制研究进展张静文;金樑;李晶;邓志刚;王晓娟【摘要】Double fertilization is a unique characteristic trait of flowering plants. Sperm cells have lost mobility and are transported from the stigma to the female gametophyte via the pollen tube to achieve double fertilization. Pollen tube growth and guidance is largely governed by the maternal sporophytic tissues of the stigma, style and ovule. However, the last phase of the pollen tube path is under female gametophytic control. Many genes involved in different stages of pollen tube guidance have been isolated. In this paper, mechanisms of cellular development,genes and chemical compounds involved in the process of sporophytic control and gametophytic control of pollen tube growth and guidance were reviewed. Differences of pollen tube growth and guidance between Poaceae and Brassicaceae plants were also compared.%双受精是被子植物特有的生殖方式,精细胞只有通过花粉管穿过花柱才能到达子房、胚珠受精.花粉管在母本组织中的生长和引导包括孢子体控制(sporophytic control)和配子体控制(gametophytic control)两个连续的过程,现已克隆出不同阶段花粉管生长和引导的基因,通过分析其表达调控揭示出花粉管生长和引导的分子机制.该文就近年来国内外有关花粉管生长和极性引导的调控机制研究进展进行综述,并对禾本科(Poaceae)和十字花科(Brassicaceae)植物花粉管引导的异同点进行了比较分析.【期刊名称】《西北植物学报》【年(卷),期】2012(032)008【总页数】7页(P1712-1718)【关键词】花粉管;孢子体;配子体;生长;引导【作者】张静文;金樑;李晶;邓志刚;王晓娟【作者单位】兰州大学草地农业科技学院,兰州730020;兰州大学草地农业科技学院,兰州730020;兰州大学草地农业科技学院,兰州730020;兰州大学草地农业科技学院,兰州730020;兰州大学草地农业科技学院,兰州730020【正文语种】中文【中图分类】Q945.7;Q945.45Abstract：Double fertilization is a unique characteristic trait of flowering plants．Sperm cells have lost mobility and are transported from the stigma to the female gametophyte via the pollen tube to achieve double fertilization．Pollen tube growth and guidance is largely governed by the maternal sporophytic tissues of the stigma，style and ovule．However，the last phase of the pollen tube path is under female gametophytic control．Many genes involved in different stages of pollen tube guidance have been isolated．In this paper，mechanisms of cellular development，genes and chemical compounds involved in the process of sporophytic control and gametophytic control of pollen tube growth and guidance were reviewed．Differences of pollen tube growth and guidance between Poaceae and Brassicaceae plants were also compared．Key words：pollen tube；sporophyte；gametophyte；growth；guidance被子植物的双受精（double fertilization）是一个非常精确且微妙而神奇的过程，不同植物分类系统间的杂交现象在自然界非常普遍，相同或有亲缘关系的物种间杂交是促进新物种形成的驱动力，也是被子植物重要的进化过程，因此，了解和掌握植物种内和种间受精前后的杂交障碍对于揭示植物进化机理和遗传育种利用是非常必要的［1－2］。
植物花粉发育与抗逆机制的研究进展
植物花粉发育与抗逆机制的研究进展植物花粉是植物繁殖的重要组成部分，也是植物抵御外界环境不良影响的关键。
在过去的几十年里，科学家们对植物花粉的发育和抗逆机制进行了广泛的研究，为发展高产高质农作物提供了理论和实践基础。
第一部分：植物花粉的发育及其调控机制花粉发育是花生殖生长过程中的一个重要环节，也是花生殖发育的必要阶段。
植物花粉发育可分为花粉母细胞分裂、花粉粒体细胞壁形成、花粉粒成熟三个阶段。
每个阶段都存在一系列的调控机制。
在花粉母细胞分裂阶段，花粉母细胞会经历一系列的细胞周期和有丝分裂过程，不同类型的基因调控会影响细胞周期和分裂过程，最终决定花粉产能。
例如，拟南芥中MYB80基因和ARP6基因的表达缺失会导致花粉母细胞不稳定和早期细胞分裂异常。
花粉粒体细胞壁形成阶段中，花粉粒体细胞壁的合成和降解、蛋白质表达和糖代谢等关键过程都由一系列信号途径和基因网络调控。
拟南芥中MALE STERILITY1 (MS1)基因是调控花粉粒体细胞壁发生的重要基因，其表达失调会导致花粉粒体细胞壁合成受阻，从而影响花粉发育。
在花粉粒成熟阶段，各种酶的分泌、花粉粒物质储藏蛋白的合成和转运等关键事件也都存在调控机制。
例如，拟南芥中HAM1基因编码叶酸1号载体，调控花粉紫外线B波长响应，保证花粉粒化学反应适应环境。
第二部分：植物花粉的抗逆机制植物花粉虽小，但在生长和繁殖过程中却面临着各种不利环境胁迫。
因此，植物必须采取一些特殊的抗逆机制来保证花粉发育过程不受干扰和损害。
干旱、冷害、热害等逆境环境会影响花粉发育、花粉粒成熟和花粉萌发等多个阶段。
目前，科学家们已经发现一些具有重要抗逆机制的基因和信号途径，例如HSP70、ABA、SnRK2、LEA等等。
这些基因和途径对于植物花粉发育和逆境环境的适应具有重要意义。
HSP70基因家族在高温、低温、热害等胁迫条件下能够保护细胞膜完整性和蛋白质稳定性，从而维持花粉发育和成熟。
ABA途径在引起植物花粉干旱胁迫的环境下能够诱导花粉发育与成熟，并平衡花粉萌发。
植物花香物质代谢的研究进展
植物花香物质代谢的研究进展植物花香物质代谢的研究是植物化学领域中的重要方向之一。
花香物质是指植物特有的、产生强烈香气的化合物，它们在植物的生长发育、生殖过程以及与其他生物的相互作用中起到重要的调节作用。
近年来，随着生物化学、分子生物学和基因工程等技术的发展，研究人员对植物花香物质代谢进行了深入的研究，取得了许多重要的进展。
研究人员对植物花香物质的合成途径进行了详细的解析。
花香物质的合成通常包括两个主要步骤：前体物质的合成和芳香化合物的合成。
前体物质的合成主要通过植物细胞内的代谢途径来完成，如酮酸途径、异戊二烯途径和异戊三烯途径等。
而芳香化合物的合成则涉及到多个酶的催化作用，如花色苷合成酶、酚类物质合成酶等。
通过对这些关键酶的研究，可以揭示植物花香物质合成的分子机制。
研究人员利用基因工程技术对植物花香物质的合成进行了有针对性的调控。
基因工程技术可以通过转入外源基因或改造内源基因的方法来提高或改变植物花香物质的合成能力。
通过转入具有花色苷合成酶活性的基因，可以增加植物花香物质的合成量；而通过改造内源基因的表达水平，可以调控花香物质的合成路径，实现特定花香物质的高效合成。
这些研究为开发新的花香物质提供了技术支持。
研究人员还探索了植物花香物质在生物互作中的作用机制。
植物花香物质不仅可以吸引花粉传粉者，促进植物的繁殖，还可以引诱益虫、拮抗害虫、抗病等。
一些研究表明，花香物质在植物与生物之间的相互作用中起着重要的调节作用。
通过研究花香物质的化学特性、生物活性以及信号传导机制，可以揭示植物花香物质在生物互作中的功能和作用机制。
植物花香物质代谢的研究在植物化学领域具有重要的意义。
通过对花香物质合成途径的解析、基因工程技术的应用以及作用机制的研究，可以为开发新的花香物质、改良植物品种以及探索植物与生物互作关系提供理论基础和技术支持。
这些研究的进展为我们更好地理解和利用植物花香物质的生物学功能和应用价值奠定了基础。
植物自交不亲和分子机理研究的一些进展
植物自交不亲和分子机理研究的一些进展自交不亲和是指植物在自花授粉时，由于某些分子机制的作用，导致花粉无法成功结合在雌蕊的柱头上，从而阻碍了花粉的萌发和胚珠的受精。
这种现象在许多植物中都存在，并且对植物的繁殖和遗传多样性起着重要的影响。
近年来，科学家们对植物自交不亲和分子机理进行了广泛的研究，并取得了一些重要的进展。
首先，研究人员发现，植物自交不亲和与花粉表面的配体-受体相互作用有关。
在自花授粉过程中，花粉表面的配体分子与雌蕊柱头上的受体分子相互作用，进而促使花粉结合在柱头上。
然而，在自交不亲和的植物中，配体-受体相互作用被抑制或失效，导致花粉无法成功结合。
研究人员通过对植物中相关基因的功能分析和突变体的研究，发现一些关键基因会影响配体-受体的相互作用，从而导致自交不亲和的现象。
其次，研究人员还发现，植物自交不亲和与花粉萌发和胚珠发育过程中的信号通路有关。
在自花授粉过程中，花粉通过萌发和胚珠发育来完成受精过程。
然而，在自交不亲和的植物中，这些过程会受到一些调控因子的干扰，从而导致花粉无法成功萌发和胚珠无法正常发育。
研究人员通过对自交不亲和植物中相关基因的研究，发现一些关键信号通路的调控因子，如激素和蛋白激酶等，在自交不亲和中起到了重要的作用。
此外，最近的研究还发现，植物自交不亲和与表观遗传机制有关。
表观遗传是指在基因组DNA序列不变的情况下，通过DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等方式调控基因表达的现象。
研究人员发现，在自交不亲和植物中，一些关键基因的表观遗传调控发生了变化，导致这些基因的表达水平发生了变化，进而影响了自交不亲和的表现。
这些研究为进一步揭示植物自交不亲和的分子机制提供了新的方向。
综上所述，近年来对植物自交不亲和分子机理的研究取得了一些重要的进展。
通过对配体-受体相互作用、信号通路和表观遗传等方面的研究，科学家们揭示了一些关键基因和分子机制在植物自交不亲和中的作用。
这些研究有助于我们更好地理解植物的繁殖和遗传多样性，为植物育种和遗传改良提供了理论基础。
植物激素生物学研究的新进展
植物激素生物学研究的新进展随着科技和生物学等领域的不断发展，植物生物学研究也在不断取得新的进展。
其中，植物激素生物学研究作为植物生长和发育的重要方面，在科研界中备受关注。
本文将从新进展的角度，简要论述植物激素生物学研究的发展现状及未来的前景。
一、植物激素的简介植物激素是植物内部产生的一种化学物质，起到调节植物生长和发育的作用。
植物激素主要有：赤霉素、生长素、细胞分裂素、脱落酸和乙烯等。
这些激素在不同的植物发育阶段中发挥着不同的作用，如控制植物的生长、开花、成熟以及逆境响应等生理过程。
二、植物激素生物学研究的新进展1. 新型植物激素的发现随着科技的不断提高，植物激素生物学研究中新型植物激素的不断发现，特别是在花药发育和粉种子形成过程中的新型植物激素研究，为科研人员提供了新的思路和研究空间。
如雄性植物激素，它在调控花和花药发育以及花粉产生等生理过程中发挥着重要作用，为植物生殖发育研究提供了新的理论基础。
2. 分子机制的深入研究随着分子技术的不断革新，科研人员对植物激素生物学的研究重心也发生了转移，将重点从传统的细胞学和生理学研究转向了更深层次的分子水平的研究。
通过克隆和表达分析，鉴定激素受体和激素相应基因等分子机制。
例如，通过专门的研究发现，拟南芥中的一种激素受体（TIR1）在识别生长素时发挥着重要作用，从而控制植物生长。
3. 基因编辑技术的应用在遗传学方面，基因编辑技术的应用逐渐成为植物生物学研究领域中的一个重要研究手段。
CRISPR/Cas9技术是一种最新的基因编辑技术，其应用范围广泛，可以用于任何生物体中的基因编辑，包括植物中的基因编辑。
通过这种技术，科研人员可以针对植物激素生物学研究中的重要基因进行精准编辑，从而进一步理解植物激素与植物生长发育之间的关系。
三、植物激素生物学研究的未来前景植物激素生物学研究的未来前景看似广阔，但同时也存在许多挑战。
例如植物激素的多样性和复杂性制约了植物生长发育过程中的许多关键性状的研究，需要更深入的研究以解决这些问题。