高溫影響番茄花粉發(fā)育的細(xì)胞學(xué)研究及花藥差異表達(dá)分析.pdf

1、番茄（Solanum lycopersicumL.）適宜生長的日溫為20-25℃，夜間為16-20℃。一般番茄品種，低于15℃時種子發(fā)芽、授粉受精及番茄轉(zhuǎn)紅受到影響;高于30℃時種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、萌發(fā)指數(shù)均下降，高于34℃時生殖發(fā)育受到影響，高于40℃時植株發(fā)生生理紊亂而熱死。高溫對花粉發(fā)育的影響直接關(guān)系到授粉受精過程及最終的果實和種子質(zhì)量與產(chǎn)量。
　　 本研究選用Micro-Tom番茄為研究對象，主要研究番茄花粉發(fā)育階段遭遇

2、7d的35℃/30℃的高溫后，其小孢子和花藥發(fā)育的細(xì)胞學(xué)變化;借助于番茄基因組芯片研究小孢子在四分體時期和雙核時期的高溫脅迫前后的表達(dá)譜差異，篩選在花粉中表達(dá)的熱脅迫響應(yīng)基因進(jìn)行時空表達(dá)分析。對耐熱番茄‘BL1175’和熱敏感番茄‘LA2006’進(jìn)行35℃/30℃的高溫脅迫，研究目標(biāo)基因在它們中的時空表達(dá)特性。本研究旨在闡明熱脅迫對番茄小孢子發(fā)育的細(xì)胞學(xué)影響，揭示高溫脅迫對番茄不同發(fā)育階段小孢子的表達(dá)譜影響規(guī)律，篩選在花粉中表達(dá)的熱脅迫

3、響應(yīng)基因并獲悉其時空表達(dá)特性，探索番茄熱脅迫響應(yīng)和耐熱的分子機(jī)制，為培育耐熱番茄新品種提供理論依據(jù)。
　　 主要研究結(jié)果如下:
　　 1)以番茄品種‘Micro-Tom’為材料，利用形態(tài)觀察、DAPI染色、石蠟切片等方法，將正常情況下番茄小孢子發(fā)生過程劃分為5個階段。研究發(fā)現(xiàn)35℃/30℃高溫脅迫處理不僅導(dǎo)致花粉畸形或敗育、花粉數(shù)量減少、活力低萌發(fā)力差，而且還導(dǎo)致花藥絨氈層、藥隔組織、藥室內(nèi)壁、花藥表皮、環(huán)狀細(xì)胞簇等花藥

4、細(xì)胞結(jié)構(gòu)的發(fā)育異常，并確定番茄花粉發(fā)育過程對高溫最敏感的時期是四分體小孢子時期和雙核花粉粒時期。
　　 2)通過利用基因芯片對生長于正常溫度(25℃/20℃)與熱脅迫溫度(35℃/30℃)下的Micro-Tom番茄四分體時期和雙核期花藥轉(zhuǎn)錄組表達(dá)譜進(jìn)行比較分析，從中獲得了大量高溫脅迫下番茄花藥轉(zhuǎn)錄組信息和花粉發(fā)育相關(guān)基因。對差異基因的功能分類表明，高溫脅迫對番茄花粉發(fā)育四分體時期和雙核期的生物學(xué)過程影響主要集中在非生物脅迫響應(yīng)、

5、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、細(xì)胞構(gòu)建、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、碳水化合物代謝、脂質(zhì)代謝等類別。
　　 3)利用RT-PCR技術(shù)分析了SlMAPKs在小孢子發(fā)育四分體時期和雙核時期熱脅迫處理前后在花藥中的表達(dá)特性。實驗結(jié)果表明，高溫下，SlMAPK1、SlMAPK3、SlMAPK7、SlMAPK12和SlMAPK16在番茄小孢子發(fā)育過程中均上調(diào)表達(dá)，但最高峰出現(xiàn)時材料所受高溫處理時間的長短不同。
　　 4)從芯片中篩選出16個高溫下與番茄小孢子發(fā)育相關(guān)的

6、重要基因，qRT-PCR法進(jìn)行時空表達(dá)分析顯示，LeARG2、TFHS1和WRKY4在小孢子發(fā)育的四分體時期顯著上調(diào)表達(dá);HSP70、TAGL12、SlMAPK3、SlMAPK7、MAP3 Ka在雙核時期顯著上調(diào)表達(dá);GPAT、TMP和Frkl在四分體時期顯著下調(diào)表達(dá);EXPA5在雙核時期顯著下調(diào)表達(dá);Rnale在四分體時期顯著上調(diào)表達(dá)，而在雙核時期顯著下調(diào)表達(dá);Cel5在四分體時期顯著下調(diào)表達(dá)，而在雙核時期顯著上調(diào)表達(dá);LOC5438

7、24(alternative oxidase1a)在這兩個時期均上調(diào)表達(dá);MAPK12在四分體時期表達(dá)量略下降，而在雙核時期表達(dá)量略上升，但都不顯著。
　　 5)高溫下，耐熱番茄‘BL1175’比熱敏感番茄‘LA2006’具有更強(qiáng)的細(xì)胞膜熱穩(wěn)定性、更高的SOD活性、花粉活力和萌發(fā)率。對處于開花期的耐熱番茄‘BL1175’和熱敏感番茄‘LA2006’進(jìn)行35℃/30℃熱處理，以小孢子發(fā)育的四分體時期花藥為材料，對LeARG2，F(xiàn)R