文献阅读-植物的受精补偿现象

本次阅读的两篇文章均是2012年发表在《current biology》上的文章

第一篇《Gamete Fusion Is Required to Block Multiple Pollen Tubes from Entering an Arabidopsis Ovule》

通讯作者是美国布朗大学的Mark A. Johnson教授,本篇文章中定义了一个新名词 ploytubey。

在动物中存在防止多精入卵的机制,在植物中是否存在防止多根花粉管进入胚珠的情况呢?

利用LAT52:GFP 和 LAT52:DsRed混合授粉,发现不同胚珠中颜色各约一半,但是在hap2的突变体中,却发现约有10%的花粉管存在两种颜色暗示存在多根花粉管进入。

为了进一步了解花粉管释放和精细胞的情况,利用LAT52:GFP HTR10:HTR10:mRFP 双maker进行授粉,授粉后21h,发现在胚囊内能够检测多个未融合的精细胞。因此在未受精的情况下,需要吸引花粉管来继续受精过程。

多花粉管在受精缺陷的突变体中常见

为了确定生殖缺陷能够被挽救,利用hap2-1/HAP2 HTR10:HTR10:mRFP以及WT LAT52:GFP两种材料混合授粉,发现双花粉管的比例达到9%,而野生型0.4%,如果采用间隔1.5h授粉,先授突变体,那么polytubey的比例约23%,先授粉WT,polytubey的比例约为0.3%。因此受精缺陷是可以被第二根正常的花粉管补救的。

表型统计

为了探究受精缺陷和助细胞吸引花粉管的关系,利用ACT11:MSI1:GFP 标记助细胞,发现无论是WT还是hap2 在花粉管进入后均能检测退化的助细胞或是两个均退化。这暗示着第二根花粉管的到来不会影响宿存助细胞的降解。为了验证这个假设,每隔四个小时取样,在20HAP后,两个助细胞都退化,但是在融合缺陷的突变体中还能有一个完成助细胞。

宿存助细胞在未受精时存活更长

第二篇是《Fertilization Recovery after Defective Sperm Cell Release in Arabidopsis》,通讯作者是日本名古屋大学的Tetsuya Higashiyama教授。

他们从筛选雌雄相互作用的基因入手,利用MYB98::GFP作为marker进行遗传筛选,第一步筛育性,第二部筛选荧光,鉴定到一个突变体g21,理论上受精缺陷会导致50%的不育,但是对于g21+/-,一半花粉具有一个类似精细胞的特征,受精成功率65%,要比理论值要高。进一步研究发现g21+/- 突变体会展现吸引多根花粉管的现象,于是作者猜测多根花粉管有助于最后的受精种子数,发现双花粉管的比例与增加的种子数相当。通过基因mapping发现该基因是DUO3。

对其他受精缺陷的突变体 hap2-1,duo1-1, duo3-1,也发现了类似的表型

双花粉管的表型 

为了可视化这个过程,利用duo3 的markline,与WT杂交,发现存在多个精细胞进入的现象,由于没有观察到四个精细胞核以上的,作者认为第二个花粉管的进入依赖于宿存助细胞。

对duo3-2的半体外受精检测显示受精恢复

为了确定受精补偿现象是由于第一根花粉管失败引起的,利用带GUS标记的+/hap2-1 进行苯胺蓝染色,对于WT再来说应该是一半一半。但是在突变体中,38.5%含有GUS信号的材料中含有双花粉管。暗示着带有GUS信号的材料吸引第二根花粉管的能力增加。

通过hap2的突变体发现在10h还没有明显的双花粉管,但是在20h很明显,暗示着受精补偿发生在这个时间段,并且授粉后,并且多根花粉现象应该与宿存助细胞相关,因为只检测到两根花粉管的情况。

hap2-1的GUS染色以及第二花粉管能够恢复育性

因此两篇文章共同报道了受精补偿的现象,机制有待解决。

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