梨自花与异花授粉后花粉胞内钙离子水平及花柱自发荧光变化研究

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目前有关梨自交不亲和性机理的研究主要集中在有关雌蕊自交不亲和S基因及其产物的研究领域,在自交不亲和性基因的克隆、表达特性、产物的分离纯化及功能的研究等方面均取得了重大的进展,但是离完全理解自交不亲和性的机理还有很长的距离。虽然人们都认为植物自交不亲和性反应是雌蕊与花粉相互识别、相互作用结果的综合表现,涉及植物的细胞间信号传递等过程,但迄今对梨自交不亲和性反应中雌蕊与花粉识别过程中的信号传导机制的研究国内外尚未见报告。同时,随着激光共聚焦扫描显微镜(Laser Confocal Scanning Microscopc,LCSM)的迅速发展,LCSM技术已经广泛应用于生物学研究的各个领域,但是由于这项技术是建立在现代物理学和计算机信息学发展的基础上的,因此,对LCSM系统的操作以及对LCSM数据的分析需要比较专业的计算机数据处理的能力。而目前LCSM的数据分析往往还需在LCSM实验系统配置的专门计算机上进行,从而大大限制了研究人员的数据分析的时间和精度,因此,探索一条能够独立于LCSM系统进行数据分析的途径,并应用于果树发育生物学等领域的研究,对于拓宽及丰富该研究领域的内容具有重要的现实意义。 选用生产上栽培的砂梨(Pyrus serotina Rehd.)品种‘丰水’(Hohsui)(基因型S3S5)、‘菊水’(Kikusui)(S2S4)、‘幸水’(Kohsui)(S4S5)和‘二十世纪’(Nijisseiki)(S2S4)为试材,进行自花或异花授粉处理。采用低温Fluo-3 AM标记法对花粉的钙离子标记进行荧光标记。标记后的花粉进行授粉处理或内源和外源RNase处理,花粉或柱头用配备Zeiss镜头的BioRADTM MRC 1024ES激光共聚焦显微镜观察并采集图象数据。采集的数据通过计算机进行分析处理。 建立了一套适合于梨自交不亲和性研究的花粉标记方法;建立了独立于LCSM系统的LCSM图象堆栈的读取、增加/去除伪彩、“蒙太奇”处理、Time Course数据转化与处理等LCSM数据分析的基本方法,保证了LCSM来源的数据分析的时间,为提高数据分析的精度提供了充分的保证。建立了一套适合梨自交不亲和性反应中雌蕊与花粉识别的信号转导机制的研究方法。 对梨自花与异花授粉后至花粉萌发期间的花粉胞内游离Ca2+分布的变化过程的研究表明,亲和授粉后花粉萌发孔附近的Ca2+浓度没有降低,但是随着授粉后时间的延长,萌发孔附近的Ca2+梯度因花粉胞内游离Ca2+浓度整体增大而消失,并且随后胞内游离Ca2+又不均匀下降,至萌发前在萌发孔处的Ca2+梯度又重新建立,而不亲和花粉则没有这种特性变化。 对花柱S-RNase与花粉萌发前花粉胞内游离钙离子浓度随时间变化的关系的研一究结果表明:对于·丰水’花粉而言,RNase T;和 RNase^等非特异性的外源 RNase和不亲和性的‘丰水’SRNSSe处理后lh内,花粉胞内游离钙离子瞰(D’*)都有所增加;不含S{e的·丰水,花柱可溶性蛋白对‘丰水’花粉D’*没有影响,而与·丰水’杂交亲和的‘幸水’S{Nase可以使‘丰水’花粉Da’}明显下降。对于·幸水,花粉而言,RNSSeT;和 RNSSeA等非特异性的 RNSSe和不亲和性的‘幸水,S{Nase处理后lh内同样可以使花粉Ka’*都有所增加;但与‘丰水’花粉不同的是·丰水,不含 SRNase的花往可溶性蛋白引起‘幸水’花粉地a‘*出现明显的下降,而亲和性的‘丰水’S{Nase可以使‘幸水’花粉Ka‘}一定程度地上升. 对·丰水’门讪SUi)自花授粉和异花授粉(授‘菊水’花粉)后花柱自发荧光的分布研究表明:未授粉‘丰水’花柱整体的自发荧光比较弱,仁V人柱头端向子房端花技自发荣光是上升趋势;异花授粉和自花授粉后花柱整体的自发荧光都有所增加;授粉后自发荧光变化最大的部位都在柱头区域;自花授粉后,在柱头s巨柱头小40opm范围内荧光值较高,其他区域荧光绝对值无明显差异;而异花授粉后在花柱的中部u拄头 1500《050 p m范围内)荧她最低;自花授粉后自发荧光除柱头以外主要分布在花柱的边缘区域;而异花授粉后自发荧光在花柱上半部的分布情况与自花授粉时类似,但在花柱下半部分布相对比较均匀. 目前的 LCSM技术及计算机软硬件条件下,LCSM数据的处理已经可以完全独立于LCSM系统,这样可以大幅度减少对研究资源的占用,提高数据分析的精度; 近年来发雕来的低温荧光标记技术是同样适合于梨花粉钙离子信号研究的优选方法,这项方法可以提高花粉荧光标记率,增加荧光标记的强度; Ca‘”参与了梨自交不亲和反应过程中花粉与柱头识别的初始反应和梨花粉的萌发过程; 在花粉与花柱作用的初期,花柱中的特异性的S{ 可能不是引起花粉K‘}特异性改变的因素,S{沏se对花粉萌发和伸长特异性作用的初期事件可能不是通过Ca‘”来介导的,或者说花粉萌发前Ka‘*的变化不是相关的S{Nase特异性介导的,在雌蕊的柱头上可能存在某种特异性的非卜RNase的花粉识别物质,由它来介导花粉 萌发前的识别信号的传递; 自花及异花授粉后梨花柱的自发荧光无论是强度变化还是分布规律都有明显的 差异,这也为利用激光共聚焦
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