外源钙调素对梨自交不亲和性花粉管钙信号的调控作用

摘要

以砂梨（Pyrus pyrifolia）品种‘丰水’和‘今村秋’为试材，在离体条件下，研究了胞外钙调素（CaM）与花柱S-RNase、异三聚体G蛋白对梨花粉萌发、花粉管生长及花粉（管）内游离钙离子(Ca2+)浓度变化的影响，探讨了CaM与花柱S-RNase、G蛋白在调控花粉管生长中的信号转导机制，主要结果如下：
　　 1.在梨自交不亲和性反应过程中，CaM能显著提高花粉萌发率及花粉管生长，使花粉细胞内产生特异性的“钙瞬变”信号，缓解不亲和性花柱S-RNase对花粉胞内Ca2+浓度的抑制作用，并改变不亲和性花柱S-RNase处理的花粉管尖端中Ca2+浓度梯度与Ca2+振荡方式，出现钙瞬变等特异性钙信号；CaM还通过激活花粉管尖端的Ca2+通道，缓解花柱S-RNase对自交不亲和性花粉管Ca2+通道的抑制作用。
　　 2.G蛋白抑制剂百日咳毒素（PTX）能完全消除胞外CaM对花粉萌发和花粉管生长的启动作用，而G蛋白激活剂霍乱毒素(CTX)能逆转CaM的桔抗剂（CaM抗血清）引起的花粉萌发和花粉管生长停止的效应；同样，CTX处理花粉后，花粉胞内Ca2+浓度呈上升趋势，而花粉管内Ca2+浓度呈波动式下降趋势；PTX处理花粉后，花粉胞内Ca2十浓度呈下降趋势，花粉管Ca2+浓度呈规律性急剧下降趋势，Ca2+浓度梯度完全消失，出现钙瞬变现象；CTX能够逆转CaM抗血清对花粉胞内Ca2+浓度的抑制作用；而PTX则能够抑制CaM对Ca2+浓度的促进作用，表明G蛋白可能在胞外CaM的下游起作用。
　　 3.CaM、G蛋白协同作用可以缓解花柱S-RNase对不亲和性花粉萌发和花粉管生长的抑制作用，缓减花粉胞内Ca2+浓度降趋势，促使花粉管尖端和整体Ca2+浓度上升而Ca2+梯度消失、Ca2+振荡方式发生改变；CaM、G蛋白协同作用对亲和性花柱S-RNase处理下的花粉萌发和花粉管的生长表现为几乎无影响，花粉胞内Ca2+浓度呈一定的高水平缓慢下降，花粉管尖端Ca2+浓度梯度存在或消失延迟。表明CaM、G蛋白协同参与梨自交不亲和性反应，并且在花柱S-RNase的下游起作用，由此，推测出胞外CaM与花柱S-RNase、G蛋白三者之间的关系，勾勒出从花柱S-Rnase-胞外CaM-G蛋白-Ca2+这样一条简单的信号转导途径。
　　 4.采用免疫胶体金定位技术研究发现，CaM主要分布在花粉管中的质膜附近，在细胞壁上也有少量分布。不亲和花柱S-RNase处理后，CaM位置远离花粉管质膜，向花粉管内部移动；而亲和S-RNase处理，CaM的位置没有明显变化。
　　 5.采用激光共聚焦显微镜研究了CaM及其抗血清对自花、异花授粉的花柱自发荧光变化的影响，结果表明：授粉12h后，CaM处理异花授粉花柱前端荧光值降低后部荧光值升高，而处理自花授粉花柱自发荧光值则升高；CaM抗血清处理异花授粉花柱荧光值整体升高，而处理自花授粉花柱自发荧光的分布规律发生了明显变化。授粉72h后，CaM处理异花授粉花柱荧光值提高，最高值位于子房端；CaM处理自花授粉以及CaM抗血清处理的异花、自花授粉花柱自发荧光的分布规律均发生了改变。
　　 6.通过研究CaM及其抗血清处理后，自花及异花授粉花柱中Ca2+分布及花柱结构的变化表明：未授粉和异花授粉的花柱中未发现Ca2+沉淀颗粒，CaM能够使自花授粉花柱中细胞间隙的Ca2+沉淀颗粒消失，使细胞中液泡变大，细胞间隙变小；CaM抗血清则增加自花授粉花柱细胞间隙中的Ca2+浓度，增大细胞间隙。
　　 7.利用透射电子显微镜观察了梨自花、异花授粉后花粉管和花柱组织的超微结构变化。结果显示，授粉后3h时，自花和异花花粉管超微结构相似，形态正常。随时间延长，自花和异花花粉管的超微结构发生差异，异花授粉的花粉管和花柱组织结构正常，而自花授粉24h后，花粉管结构虽然完整，但内质网增多，线粒体等细胞器减少或模糊不清，液泡变大，中部细胞壁增厚，48h后，花粉管尖端细胞膜断裂破损、凹陷解体，尖端空腔化，细胞器解体，且花柱引导组织的细胞也发生细胞器解体，液泡化，细胞自溶等现象。

目录

文摘

英文文摘

缩略词表

引言

第一章 植物SI及CaM作用机理研究进展

第一节 植物SI反应中信号转导机制研究进展

1 孢子体型SI的信号识别与转导机制

2 配子体型SI的信号识别与转导机制

3 结束语

第二节 CaM对花粉萌发和花粉管生长的调控作用

1 CaM的基本特性

2 CaM对花粉萌发和花粉管生长的调控作用

3 胞外CaM与其他信号分子的协同作用

4 结束语

第二章 CaM及其抗血清对梨花粉萌发及生长的影响

1 材料与方法

2 结果与分析

3 讨论

第三章 CaM对自交不亲和性花粉内Ca2+变化的调控研究

第一节 CaM对花粉萌发及花粉管生长中Ca2+的影响

l 材料与方法

2 结果

3 讨论

第二节 CaM与花柱S-RNase协同作用对花粉Ca2+浓度的影响

l 材料与方法

2 结果

3 讨论

第三节 梨自交不亲和性反应过程中CaM对花粉管Ca2+通道的影响

1 材料与方法

2 结果与分析

3 讨论

第四章 C蛋白参与SI反应过程中CaM-Ca2+信号系统调控的机理

第一节 G蛋白对梨花粉萌发中CaM-Ca2+变化的影响

1 材料与方法

2 结果

3 讨论

第二节 G蛋白对梨花粉管生长过程中CaM-Ca2+变化的影响

1 材料与方法

2 结果

3 讨论

第三节 G蛋白对SI反应过程中花粉萌发及花粉管生长中CaM-Ca2+的影响

1 材料与方法

2 结果与分析

3 讨论

第五章 梨花柱S-RNase对花粉管内CaM分布的影响

l 材料与方法

2 结果与分析

3 讨论

第六章 CaM对授粉后花柱内Ca2+分布、自发荧光及花粉管超微结构的影响

第一节 CaM对梨自花及异花授粉后花柱自发荧光变化的影响

1 材料与方法

2 结果与分析

3 讨论

第二节 CaM对梨自花及异花授粉花柱Ca2+分布的影响

1 材料与方法

2 结果与分析

3 讨论

第三节 梨授粉后花粉管及花柱组织内超微结构变化研究

1 材料与方法

2 结果与分析

3 讨论

综合讨论

全文结论

主要创新点

参考文献

致谢

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