论文部分内容阅读
WD40-repeat蛋白在真核生物中通过保守、重复的WD40基元介导蛋白之间的互作。已有报道指出在哺乳动物及高等植物拟南芥中WD40-repeat蛋白起到泛素化过程中DDB1-CUL4-RC1 (Damaged DNA Binding 1-Cullin 4-Regulator of Cullins 1)型E3泛素-蛋白连接酶底物接收蛋白的作用。目前植物中WD40-repeat蛋白功能研究较少,但仍有研究表明其在信号转导、细胞周期调控和RNA加工等方面具有重要作用。雄性不育在农业育种上具有重大应用价值,之前对其研究主要定位于描述性和细胞水平,近年来随着获得的雄性不育基因数量增多,不仅加快了植物花粉发育及雄性不育分子机理的研究,更有力推动了杂种优势更高层次的运用。本研究鉴定了一株拟南芥WD40-repeat蛋白基因突变体,其种子质量与体积和野生型相比均有显著增重、增大。观察其营养生长和野生型相比长势较弱。通过热不对称交错PCR (thermal asymmetric interlaced PCR, TAIL-PCR)确认了该突变基因位于拟南芥第一条染色体65030位置。生物信息学学分析表明该基因含有DWD基序,属于WD40-repeat蛋白家族。洋葱细胞表皮定位表明其定位于细胞核。半定量RT-PCR表明在拟南芥发育晚期该基因在花器官中大量表达。过表达该基因导致种子质量减轻,无法获得抑制该基因表达型阳性转化植株。此外还观察到突变体角果与野生型相比结实率显著较低。为了进行进一步机理探讨,我们分别以突变体作为母本/父本与野生型父本/母本杂交,前者无法获得突变体阳性植株,后者部分获得突变体阳性植株,表明该基因影响到了雄配子发育且作用呈剂量效应。对其后代分离比进行统计显示其不符合经典孟德尔遗传,雄配子部分败育。为了深入研究花粉败育原因,我们分别进行了苯胺兰(DAB)花粉体内萌发、4,6-二氨基-2-苯基吲哚(DAPI)花粉细胞核、2,3,5-氯化三苯基四氮唑(TTC)/碘-碘化钾花粉细胞质染色,发现花粉败育主要是由于细胞核败育引起。为了了解花粉核败育主要发生在哪个时期,我们进行了爱氏苏木精染色,结果表明突变体花粉发育可观察到正常减数分裂各时期形态,推测该基因主要调控花粉发育过程中减数分裂结束后的有丝分裂周期。综上所述,本研究阐明了植物中WD40-repeat蛋白通过调控细胞分裂周期影响花粉细胞核发育导致花粉部分败育,最终正常发育种子因竞争性营养抑制产生质量较重、体积较大表型,不仅推动了花粉发育机理研究,同时发现的雄性不育突变体及种子质量与体积显著增大表型也具有较大农业应用价值。