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
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
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
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
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；
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
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。
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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
• • • •
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:
•• • • •
3.1 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
• 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。
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。
• 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
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
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
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
• • • •
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
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。
Angenentet al.,1995: MADS b 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：
3.4 雌蕊发育的基因调控
Angenentet al.,1995: MADS b FBP11)
How about FBP11?
Ecotopic formation of ovulelike structures on the sepals
Ray 等 (1994) ：
35S:AG
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