论文部分内容阅读
碳水化合物的合成与运输是植物生长和发育的基础,授粉的供应直接影响花粉的发育和花粉管的萌发伸长,从而影响种子的形成。虽然蔗糖转运蛋白已经被发现在花粉萌发及花粉管伸长过程中扮演着一定的角色,但是己糖和己糖转运蛋白在这个过程中的功能还不是特别明确。由于拟南芥和烟草等模式植物花粉的离体萌发主要依赖于蔗糖不能利用己糖,另外单独敲除花粉上的单个己糖转运蛋白基因并不能引起任何表型变化,因此这一度被认为是功能冗余。但是在黄瓜巨大的子房内部主要以己糖为主,己糖和己糖转运蛋白对黄瓜花粉管的伸长显得尤为重要。本文采用亚细胞定位、酵母异源表达实验、组织化学定位、免疫组织化学定位以及反向遗传学的方法研究了黄瓜上的一个单糖转运蛋白CsHT1的功能。主要结果如下：1. CsHT1只在花粉及花粉管中表达,随着花粉的发育成熟直至萌发,CsHT1的转录水平呈现上升趋势。在花粉萌发之前,检测不到CsHT1蛋白的表达,当花粉萌发以后可以在萌发的花粉及花粉管上检测大量的CsHT1蛋白。另外,CsHT1-GFP融合蛋白的荧光信号表明CsHT1只定位在洋葱表皮以及黄瓜原生质体的细胞膜上。由此表明CsHT1是一个花粉特异性表达的质膜蛋白并且在翻译之前存在一个预转录的过程。2. CsHT1能够恢复己糖吸收缺陷酵母突变体EBY.VW4000的葡萄糖吸收功能。动力学分析表明CsHT1对葡萄糖具有较高的亲和力(Km=107.3μM),并且依赖于介质的pH值(最适pH为5.5)。底物竞争性和代谢抑制剂处理实验表明CsHT1主要转运葡萄糖和半乳糖两种己糖,而且是个能量依赖型的己糖转运蛋白。3.在黄瓜花粉中过表达CsHT1能提高黄瓜花粉在葡萄糖或者半乳糖培养基上的萌发率和花粉管的长度。相反,反义抑制CsHT1的表达则会抑制花粉在相同培养基上的萌发和花粉管的伸长。用该反义抑制的花粉给相应反义株系的子房或是野生型的子房授粉都会引起种瓜结种区变短,单果种子数和种子千粒重下降等表型,说明在CsHT1反义转基因株系中只有花粉功能受到了干扰从而影响种子形成,而转基因株系其它组织器官的正常功能没有受到转基因手段的影响。综上所述,CsHT1是一个花粉特异表达的质膜蛋白,在花粉的整个发育时期转录而只在萌发的花粉及花粉管中翻译。在黄瓜的授粉受精过程中,以葡萄糖和半乳糖为转运底物的CsHT1能够控制花粉管在黄瓜子房内部(主要积累葡萄糖和果糖)的伸长从而影响种子的形成。本研究首次证明了己糖转运蛋白在植物花粉管伸长过程中的生物学功能。