梨花粉管細胞骨架結構變化的調控研究.pdf

1、細胞骨架在植物細胞的生長發(fā)育過程中起著重要的作用。本研究利用砂梨品種‘豐水’和‘今村秋’的花粉和花柱為試材，研究了細胞骨架在梨花粉管生長發(fā)育以及脅迫過程中的作用，主要結果如下:
　　1.研究了各類細胞信號分子與梨花粉管細胞骨架的互作情況。觀察到花粉管內微管骨架的結構，通過藥劑學實驗發(fā)現(xiàn)微管參與了花粉管的生長過程;鈣離子載體A23187處理0.5h后尖端微絲環(huán)狀結構消失，微管解聚，處理1h后尖端與亞尖端微絲解聚;EGTA處理則會使微

2、絲骨架解聚而對微管骨架影響較小;鈣調素抗血清處理能夠導致微絲骨架解聚，表明花粉管內鈣離子的變化能夠調控細胞骨架的結構改變;ROS的變化顯著影響細胞骨架結構的變化，而NO的變化對細胞骨架變化的影響較小;同時發(fā)現(xiàn)微管骨架結構變化能夠影響花粉管內鈣離子的振蕩與分布，也能影響花粉管內NO和ROS的分布與濃度。
　　2.研究了細胞骨架的變化對于梨花粉管中細胞核降解與線粒體結構的影響。微管骨架解聚劑Oryzalin處理2h后細胞核降解，間接表

3、明微管骨架解聚是花粉管生長停止信號途徑中早期的信號因子;細胞骨架的解聚會造成線粒體膜電勢降低，從而向細胞質中釋放出細胞色素C，促進了細胞核的降解，加速了PCD過程;而細胞骨架的穩(wěn)定則會緩解自交不親和反應中花粉管的PCD過程;利用透射電鏡技術研究了細胞骨架變化對梨自交不親和過程中花粉管線粒體結構的影響，微管解聚后花粉管內線粒體體積沒有顯著變化，但內部分脊結構消失，膜變厚;而微管骨架穩(wěn)定劑與不親和花柱S-RNase協(xié)同處理后能夠顯著穩(wěn)定不親

4、和花柱S-RNase對線粒體結構的破壞作用，只有部分線粒體內脊結構消失，線粒體體積與對照沒有顯著變化;微絲解聚后線粒體體積增大，部分線粒體內脊被破壞;微絲穩(wěn)定劑對不親和花柱S-RNase對線粒體破壞的恢復作用效果不明顯，協(xié)同處理后花粉管內線粒體仍然膨大，不具有脊結構。上述結果表明微管的穩(wěn)定能夠緩解不親和花柱S-RNase對線粒體的破壞，而微絲的穩(wěn)定則對不親和花柱S-RNase對線粒體結構的破壞的穩(wěn)定作用不顯著。
　　3.基于梨基因

5、組的生物信息學分析獲得了梨微絲與微管相關蛋白基因。通過比對查找到15個推測為Myosin家族的基因，利用系統(tǒng)發(fā)育分析將其分為7組，并發(fā)現(xiàn)這些Myosin基因在梨染色體中均勻分布;基因結構域分析表明，梨中MyosinⅧ大類基因缺少了SH3和DIL結構域;在梨基因組中比對到11個推測為MAP65家族的基因，利用系統(tǒng)發(fā)育分析將其分為4組，根據(jù)同源性比對進一步發(fā)現(xiàn)每組中的梨MAP65基因與同組的擬南芥MAP65基因具有高度的同源性。
　　

6、4.研究了梨花柱S-RNase與游離氨基酸對花粉管生長及其細胞骨架的作用。微管穩(wěn)定劑紫杉醇與花柱S-RNase同時處理顯示:微管的穩(wěn)定能夠緩解花柱S-RNase對不親和花粉管生長長度的抑制作用，而對于S-RNase對萌發(fā)率的抑制作用沒有顯著影響;不親和花柱S-RNase能夠使花粉管內皮層微管快速消失，含有GC的花粉管比率顯著下降，親和花柱S-RNase處理后花粉管內微管骨架沒有顯著變化;紫杉醇和不親和花柱S-RNase同時處理能夠緩解不

7、親和S-RNase對花粉管微管的解聚作用。同時發(fā)現(xiàn)鈣離子調控蛋白鈣調素能夠穩(wěn)定不親和S-RNase引起的微絲降解;微管穩(wěn)定劑紫杉醇能夠緩解不親和S-RNase引起的鈣離子振幅提高、鈣梯度下降;NO的清除劑c-PTIO能夠穩(wěn)定不親和S-RNase引起的微絲與微管骨架的解聚;而微管穩(wěn)定劑也能夠緩解不親和S-RNase引起的ROS下降。上述結果表明:微管參與了梨自交不親和過程;并發(fā)現(xiàn)梨自交不親和過程中花粉管內細胞骨架與鈣離子以及NO/ROS系

8、統(tǒng)存在相互作用。
　　梨花柱中測定出了14種游離氨基酸，其中谷氨酸含量最高;利用這些種類氨基酸的L型、D型對花粉管生長的研究發(fā)現(xiàn)，其中8中氨基酸對梨花粉管生長存在濃度依賴型:L-、D-谷氨酸，L-、D-半胱氨酸，L-、D-苯丙氨酸，D-纈氨酸和L-天冬氨酸;使用上述高濃度氨基酸處理后微絲骨架結構變化顯示:高濃度的D-纈氨酸、D-苯丙氨酸和L-半胱氨酸能夠使花粉管內微絲骨架解聚，出現(xiàn)片段化;L-苯丙氨酸處理后尖端出現(xiàn)微絲結構，花粉管

9、內微絲增粗;L-天冬氨酸、D-谷氨酸和D-半胱氨酸處理后尖端微絲骨架環(huán)狀結構消失，且亞尖端微絲消失;而L-谷氨酸處理后微絲結構沒有顯著的變化。
　　5.研究了各種外源因素（生長調節(jié)劑與多胺、膨壓變化、金屬離子、溫度變化等）對花粉管內細胞骨架的影響。生長調節(jié)劑對于花粉管生長與微絲骨架的影響表明，GA3和玉米素對于花粉管生長的調控具有濃度依賴性，低濃度的促進生長，而高濃度則抑制生長并使花粉管內細胞骨架嚴重解聚;低濃度的ABA促進花粉管

10、生長，使花粉管尖端微絲骨架的環(huán)狀結構消失;低濃度精胺(0.1mM)對梨花粉管內微絲骨架結構沒有顯著的影響，而高濃度的精胺與亞精胺(0.5mM)都都能夠使花粉管內微絲骨架解聚，但精胺處理的反應更顯著。
　　研究測定了梨花粉管中的滲透壓為0.6M，低滲處理后花粉管尖端膨大，尖端微絲結構扭曲，高滲處理后出現(xiàn)微絲扭曲的環(huán)狀結構，尖端微絲缺失;梨花粉管對Cu2+較敏感，抑制濃度為5μM，而Al3+和Na+的抑制濃度分別為2mM和50mM，C