花粉蛋白质组学研究进展

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1、植物学通报ChineseBulletinofBotany2007,24(3):319-329,www.chinbullbotany.com.综述.花粉蛋白质组学研究进展1,2戴绍军12东北林业大学生命科学学院,哈尔滨150040;哈尔滨师范大学生命与环境科学学院,哈尔滨150080摘要花粉是高度退化的生物体(雄配子体),在植物有性生殖过程中具有重要作用。解析花粉发育、花粉-柱头识别、萌发和花粉管生长等细胞学过程的分子机制是当前研究的热点问题之一。近年来,应用高通量的蛋白质组学技术平台,对水稻、拟南芥

2、和裸子植物花粉的蛋白质组学研究揭示了花粉中表达蛋白质的功能类群特征。花粉中参与细胞壁代谢、蛋白质代谢、细胞骨架动态和信号转导的蛋白质被高度代表,并且近1/4蛋白质有多个同工型。本文综述了花粉蛋白质组学的研究进展。关键词花药,萌发,花粉,蛋白质组戴绍军(2007).花粉蛋白质组学研究进展.植物学通报24,319-329.植物花粉(雄配子体)是高度退化的二细胞或三细胞1花粉发育与萌发过程中的关键事件生物体。花粉粒是在花药中由小孢子母细胞经过连续1.1花粉的发生的减数分裂和有丝分裂形成。成熟的花粉落到柱头

3、上后,利用花粉外被与花粉壁中的蛋白质和脂类等成分完花粉在植物雄蕊中发生。雄蕊花药的4个小孢子囊(花成与柱头的识别,然后通过极性生长的花粉管将精细胞粉囊)分化形成外层的花药壁和包含在中央的造孢细胞。送入胚囊完成受精作用。在这一过程中,花粉作为简单花药壁的最内层为绒毡层,为花粉的发生提供营养。造的生物体能够完成多细胞生物体所具有的信号传导、孢细胞发育为小孢子母细胞,小孢子母细胞经过减数分细胞识别、能量代谢和细胞生长等重要代谢过程。这裂产生4个单倍性的小孢子,小孢子被共同的胼胝质壁种功能特异性不仅是影响植

4、物繁殖和进化的关键因素,包围,成为四分体。胼胝质壁解体后释放出来的小孢子而且对于改良作物的性状具有重要意义。对这种功能体积开始增大,内部逐渐形成1个大液泡,将核推向一特异性细胞学过程分子机制的研究既是深入解析植物有极。然后通过1次不对称的有丝分裂产生1个大的营养性生殖特性的基础,也关系到作物杂种优势在育种实践细胞和1个小的生殖细胞,形成双细胞花粉。营养细胞中的利用,是理论研究与生产实践的有机结合。因此,接受了原来小孢子的大部分细胞质和细胞器,而生殖细花粉功能特异性研究一直是植物科学研究领域的热点问胞

5、的细胞器较少。营养细胞合成和储藏大量的营养物题之一。几十年来,人们不断利用生物化学、分子遗质和mRNA供花粉进一步发育和花粉管生长需要。被传学、转录组学和蛋白质组学的研究策略解析了花粉子植物中30%个科的植物的生殖细胞在花粉粒中再进行功能特异性的分子机制。本文综述了近年来花粉蛋白1次有丝分裂形成2个精细胞(雄配子),进而形成三细胞质组学的研究进展。花粉。精细胞缺少细胞壁,被自己的质膜和营养细胞包收稿日期:2007-01-08;接受日期:2007-02-12基金项目:国家自然科学基金(No.30570

6、932)、教育部新世纪优秀人才支持计划(No.NECT-06-0327)和黑龙江省普通高等学校青年学术骨干支持计划项目(No.1152G015)E-mail:daishaojun@hotmail.com320植物学通报24(3)2007围。2个精细胞之间及其中1个精细胞与营养核之间形2分子遗传学策略解析的花粉表达基因成稳定的紧密联结,称为雄性生殖单位。双细胞花粉(70%科的植物)的生殖细胞分裂形成精细胞的过程发早期的生物化学研究证明,成熟花粉已经预合成了参与生在花粉管中。人们已经分离到了部分参与花粉

7、发生花粉萌发与早期花粉管生长所必需的蛋白质,而萌发后过程中减数分裂、有丝分裂和细胞极性化等过程的基新合成的蛋白质仅用于后期花粉管生长和与受精相关的因/蛋白质,但对一些关键事件具体的调控机制仍不十过程(Mascarenhas,1993)。近20多年来,人们通过分清楚。分子遗传学技术分析了拟南芥等植物中大约150个花粉特异表达基因(Twell,2002)。它们主要参与果胶质代1.2花粉-柱头识别和花粉萌发谢、细胞骨架、转录调控和信号转导等重要生理过程,花粉落到柱头上以后,通过附着(adhesion)、水

8、合、极还包括一些编码蛋白激酶、花粉过敏源和花粉壁蛋白性化、启动萌发和花粉管入侵生长等过程,将雄性质的基因(Twell,2002)。同时,鉴定了部分参与花粉-生殖单位送到胚囊完成受精作用。附着时首先通过柱头识别和花粉水合等过程的关键基因/蛋白质,如:通花粉外壁聚合物和柱头表面的生物物理和(或)化学作过UB/26S蛋白小体途径参与金鱼草自交不亲和作用的用完成初始附着,然后通过花粉外被物质与柱头表面F-box蛋白AhSLF-S2(Qiaoetal.,2004),参与烟草花物