乙酰轉(zhuǎn)移酶基因DPW2(DEFECTIVE POLLEN WALL 2)控制水稻花粉壁發(fā)育機(jī)理研究.pdf

1、花藥作為植物的雄性生殖器官，其表面的表皮覆蓋著角質(zhì)層，以保護(hù)內(nèi)部小孢子的正常發(fā)育。而包裹在花藥腔中的小孢子在發(fā)育后期表面也會(huì)形成一個(gè)疏水性保護(hù)層，即由孢粉素構(gòu)成的花粉外壁?；ㄋ幈砻娓采w著由角質(zhì)和蠟質(zhì)構(gòu)成的角質(zhì)層屬于疏水性結(jié)構(gòu)，主要由脂肪族和芳香族的脂類(lèi)組成。與角質(zhì)類(lèi)似，孢粉素的主要成分包含脂肪族和芳香族脂類(lèi)分子?；ǚ弁獗诳杀Ｗo(hù)花粉免受外界脅迫傷害，并在授粉過(guò)程的雌雄識(shí)別中起到重要作用。但由于這些疏水性結(jié)構(gòu)難以降解，目前對(duì)花藥外表皮角質(zhì)層

2、和花粉外壁的具體化學(xué)組分及其形成的分子調(diào)控機(jī)制還不是特別清楚，特別是對(duì)于芳香類(lèi)組分及其作用了解甚少。作為重要的糧食作物，水稻雄性生殖器官發(fā)育與產(chǎn)量密切相關(guān)，因此深入了解水稻花藥及花粉發(fā)育的分子機(jī)制顯得尤為重要。
　　本文深入研究了一個(gè)水稻植株花藥發(fā)育缺陷突變體dpw2（defective pollen wall2）及其相關(guān)基因DPW2的功能，揭示了BAHD家族HXXXD類(lèi)型的乙酰轉(zhuǎn)移酶在花粉壁形成中的重要作用。表型觀察發(fā)現(xiàn)，dpw

3、2突變體在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段與野生型相比沒(méi)有明顯的表型差異。生殖生長(zhǎng)階段突變體的花藥較野生型小且色澤發(fā)白變小，碘化鉀染色表明突變體缺乏活性的花粉粒。DAPI染色分析顯示花粉粒第二次有絲分裂不能正常進(jìn)行。半薄切片分析發(fā)現(xiàn)，突變體的絨氈層發(fā)育延滯，且大部分花粉粒表現(xiàn)出不規(guī)則的塌陷的結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步的掃描和透射電鏡觀察結(jié)果顯示，dpw2突變體花藥角質(zhì)層結(jié)構(gòu)較野生型更致密，花藥絨氈層降解延遲，中層不能正常降解。同時(shí)花粉內(nèi)外壁存在明顯發(fā)育缺陷。這些缺陷最終

4、造成花粉粒的敗育，導(dǎo)致雄性不育。上述表型觀察結(jié)果表明DPW2參與了水稻花藥和小孢子后期的發(fā)育過(guò)程。
　　我們共分離到2個(gè)dpw2等位突變體，遺傳分析表明這些突變體的表型缺陷受一個(gè)隱性單基因控制。圖位克隆和互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)證明這些等位突變體的育性變化是由一個(gè)編碼 HXXXD類(lèi)型的乙酰轉(zhuǎn)移酶基因 DPW2的缺陷造成。將pDPW2:DPW2-GFP引入dpw2突變體中，結(jié)果顯示DPW2-GFP融合蛋白能夠恢復(fù)dpw2突變體不育表型。DPW2基因

5、在水稻組織中廣泛表達(dá)，在花藥發(fā)育第七到第十一期高表達(dá)。啟動(dòng)子活性分析顯示 DPW2在花藥絨氈層和小孢子中高度表達(dá)。水稻原生質(zhì)體和煙草表皮細(xì)胞瞬轉(zhuǎn)體系分析發(fā)現(xiàn) DPW2蛋白定主要定位在細(xì)胞質(zhì)中。
　　對(duì)野生型和dpw2突變體花藥進(jìn)行的蘇丹紅7B染色分析表明dpw2突變體的花藥表皮和絨氈層染色較野生型更深，而花粉壁染色相對(duì)野生型要弱，表明DPW2影響了花藥表皮和花粉壁中脂類(lèi)物質(zhì)積累?；ǚ鄣淖园l(fā)熒光觀察結(jié)果顯示dpw2突變體自發(fā)熒光較野

6、生型弱，這表明突變體花粉中酚類(lèi)物質(zhì)含量要低于野生型?；ㄋ幹?lèi)代謝測(cè)定結(jié)果顯示dpw2突變體花藥角質(zhì)組分中的羥基脂肪酸和芳香性脂肪酸單體較野生型有著不同程度的升高，表明DPW2可能影響了水稻花藥中芳香酸的羧基基團(tuán)和脂肪酸羥基基團(tuán)之間的交聯(lián)。與此相一致的是，體外酶活性分析結(jié)果顯示DPW2具有羥基肉桂酰輔酶A-ω-羥基脂肪酸乙酰轉(zhuǎn)移酶活性，它能優(yōu)先催化阿魏酰輔酶A和ω-羥基棕櫚酸形成阿魏酰棕櫚酸酯。
　　綜上所述，本文鑒定了一個(gè)編碼乙酰