小麥穎果篩分子和果皮發(fā)育中的細(xì)胞編程性死亡研究.pdf

1、小麥穎果腹部韌皮部篩分子是光合同化物向穎果轉(zhuǎn)運(yùn)的主要通道。在篩分子發(fā)育過(guò)程中，細(xì)胞器被選擇性的降解。其中細(xì)胞核、核糖體、高爾基體和液泡等細(xì)胞器逐漸消失，只剩下完整的細(xì)胞膜和堆疊的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、體積變大了的線粒體等少量細(xì)胞器，最后形成具有養(yǎng)分運(yùn)輸功能的成熟篩分子，但篩分子仍然是活細(xì)胞。前人推測(cè)篩分子發(fā)育可能經(jīng)歷了一個(gè)類似細(xì)胞編程性死亡(PCD)的過(guò)程，但沒(méi)有充分的證據(jù)。篩分子發(fā)育過(guò)程中，細(xì)胞核DNA是否發(fā)生了有規(guī)律的斷裂?液泡破裂是在何時(shí)發(fā)生的

2、?有何作用?細(xì)胞器降解為何能夠停止?等等。上述問(wèn)題均未有獲得合理的解釋。 禾谷類作物果皮細(xì)胞的典型特征是細(xì)胞質(zhì)少，內(nèi)有一個(gè)大液泡，且在發(fā)育過(guò)程中逐漸衰退成為只有細(xì)胞壁的空細(xì)胞。早期的研究發(fā)現(xiàn)果皮發(fā)育伴隨著淀粉積累的動(dòng)態(tài)變化，證明果皮不僅是一個(gè)保護(hù)胚珠及種子的結(jié)構(gòu)，可能同時(shí)也是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)中間轉(zhuǎn)運(yùn)以及暫時(shí)積累的場(chǎng)所。果皮細(xì)胞的發(fā)育可能經(jīng)歷了一個(gè)PCD過(guò)程，但PCD中的細(xì)胞學(xué)事件未見(jiàn)詳細(xì)報(bào)道，同時(shí)果皮淀粉積累與果皮細(xì)胞PCD之間的關(guān)系也

3、不清楚。 本研究將經(jīng)典的PCD檢測(cè)方法應(yīng)用于篩分子和果皮發(fā)育過(guò)程中，試圖解決上述一些懸而未決的問(wèn)題。主要結(jié)果如下： 1.篩分子發(fā)育過(guò)程中的TUNEL標(biāo)記和吖啶橙/碘化丙啶熒光染色結(jié)果顯示，最早在開(kāi)花3d(3DAF)檢測(cè)到篩分子細(xì)胞核呈TUNEL陽(yáng)性反應(yīng)。在4DAF時(shí)，細(xì)胞核變得模糊，其陽(yáng)性檢出率增加；隨后，陽(yáng)性反應(yīng)消失。在6DAF時(shí)，細(xì)胞核消失，篩分子成熟。上述結(jié)果表明篩分子發(fā)育過(guò)程中細(xì)胞核被降解，核DNA發(fā)生了斷裂，可

4、能是一個(gè)PCD過(guò)程。 2.篩分子發(fā)育過(guò)程中的電鏡觀察結(jié)果表明：篩分子發(fā)育是一個(gè)PCD過(guò)程，但該過(guò)程并沒(méi)有導(dǎo)致細(xì)胞死亡，而是中途停止并形成具有養(yǎng)分運(yùn)輸能力的功能細(xì)胞。具體表現(xiàn)在： 細(xì)胞核衰退、染色質(zhì)凝集并趨邊化，進(jìn)而染色質(zhì)逐漸降解，但核膜卻一直保持原來(lái)橢圓形狀直到最后消失。 細(xì)胞出現(xiàn)液泡化，且在細(xì)胞核解體后，液泡化程度達(dá)到最高。液泡中含有電子染色深的物質(zhì)，可選擇性的降解細(xì)胞器。在液泡即將破裂時(shí)，電子染色深的物質(zhì)消失

5、，并且液泡破裂對(duì)殘存的細(xì)胞器沒(méi)有影響，說(shuō)明即將破裂的液泡中無(wú)水解酶活性。 同時(shí)還觀察到了線粒體被單層內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜包裹并降解等細(xì)胞學(xué)事件，最后殘存的線粒體和質(zhì)體等細(xì)胞器沿細(xì)胞壁排列。 在成熟篩分子中發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜內(nèi)陷形成內(nèi)吞泡結(jié)構(gòu)，內(nèi)含電子染色深的物質(zhì)，并觀察到內(nèi)吞泡的膜破裂和釋放內(nèi)含物質(zhì)，可能是篩分子正通過(guò)質(zhì)外體途徑進(jìn)行養(yǎng)分橫向運(yùn)輸。 3.Ca2+-ATPase定位顯示，在篩分子整個(gè)發(fā)育過(guò)程中，細(xì)胞壁和液泡膜上無(wú)酶的活性

6、產(chǎn)物，但細(xì)胞膜上一直存在。在3DAF時(shí)細(xì)胞膜上的酶活性產(chǎn)物分布最少，此時(shí)篩分子細(xì)胞核DNA剛開(kāi)始斷裂，說(shuō)明Ca2+-ATPase可能與細(xì)胞核DNA片段化有關(guān)。 4.果皮發(fā)育過(guò)程中的TUNEL標(biāo)記和吖啶橙/碘化丙啶熒光染色結(jié)果顯示，在開(kāi)花前5d出現(xiàn)呈陽(yáng)性反應(yīng)的細(xì)胞核；2-7DAF時(shí)，陽(yáng)性檢出率逐漸降低。從4DAF開(kāi)始，果皮細(xì)胞核逐漸減少，15DAF時(shí)細(xì)胞核消失。上述結(jié)果說(shuō)明果皮細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中細(xì)胞核被降解，且核DNA出現(xiàn)片段化，可能

7、是一PCD過(guò)程。 5.果皮細(xì)胞發(fā)育中的電鏡觀察結(jié)果表明：從2DAF開(kāi)始，細(xì)胞核出現(xiàn)顯著的衰退特征，如核異染色質(zhì)凝集、核聚縮、核變形等。隨后異染色質(zhì)逐漸消失，到15DAF時(shí)細(xì)胞核完全降解。伴隨核衰退，還觀察到線粒體降解、細(xì)胞液泡化和液泡膜破裂等細(xì)胞學(xué)事件。說(shuō)明果皮細(xì)胞發(fā)育是PCD過(guò)程，且PCD啟動(dòng)早，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，是一個(gè)延遲的過(guò)程。 在PCD過(guò)程中，有淀粉顆粒在淀粉質(zhì)體(開(kāi)花前)或葉綠體(開(kāi)花后)中合成并暫時(shí)貯藏。貯藏的淀粉