麻疯树大小孢子发生和雌雄配子体发育机制的研究

Jatropha curcas is recognized as an ideal petro-substitute for its high oil concentration in seed, drought tolerance，barren resistance and high comprehensive utilization value.In China, important attation was paied on plantations of Jatrophacurcas for wastelands. However, the yield production of Physic nut of Jatropha curcas was very low, and this has greatly prevented the establishment of Jatropha curcas plantations. Privious studies suggested tha low value of the ration of female flowers to male was one of the main factors that limited the production. Howover,the information about the mechanism of megaspore and microspore genesis and the development of female and male gemetophytes in Jatropha curcas L. is very limited yet. Therefor, to uncover this mechanism is an essential and urgent work, and this project will explore this mechanism through following aspects: 1)To analyze the morphological and anatomy character of flower organ during mega-/micro-sporogenesis and the development of female-/male-gametophyte. 2)To establish the gene expression profile of flower bud of crucial phases of mega/ micro-sporogenesis and the development of female/male-gametophyte,and to explore differentially expressed genes. 3)To study the in situ expression of genes closely correlated with mega/ micro- sporogenesis and the development of female/ male-gametophyte,and then analyze the function of these genes by the clone,transformation in Arabidopsis thaliana and prokaryotic expression of them. 4)To ilucidate the mechanism of mega/micro-sporogenesis and the development of female/ male-gametohuyte.

麻疯树作为一种优良的很有发展潜力的生物柴油树种,耐干旱,耐贫瘠,综合利用价值高。但麻疯树产量低，种植经济效益不好，这严重阻碍了麻疯树种植规模化和原材料供应。而麻疯树雌雄花比例很低（一般1/20左右），这是限制产量的一个主要因素。但有关深入研究麻疯树大小孢子发生和雌雄配子发育机制的研究还不见有报道，而开展这方面的研究是非常有必要，也是非常紧迫的。本项目主要研究内容如下： 1)观察分析麻疯树大小孢子发生和雌雄配子体发育过程中不同阶段花器官的外部形态和解剖结构。 2)建立麻疯树大小孢子发生和雌雄配子体发育过程主要阶段的花芽的基因表达谱，分析差异表达基因。 3)研究和大小孢子发生和雌雄配子体发育密切相关的基因在花器官中原位表达情况，通过克隆这些基因的全长cDNA，转化拟南芥，基因原核表达研究这些基因的功能。 4)分析麻疯树大小孢子发生和雌雄配子体发育的机制。

采用扫描电镜和石蜡切片技术研究了不同发育时期的麻疯树花器官的形态解剖结构。构建了覆盖雌、雄花发育全过程的转录组和雌雄花不同发育时期的基因表达谱来分析在麻疯树雌雄花发育过程中的差异表达基因。采用液质联用方法分析雌雄花花发育不同时期花蕾的内源激素含量。构建了覆盖雌、雄花发育全过程的酵母双子杂交文库，并用GASA6进行筛库。成功克隆了GASA6 和BRI1-like3的全长cDNA，分析了他们在麻疯树雌雄花不同发育时期花蕾中表达情况，用质谱分析鉴定了他们的原核表达产物，构建了他们的植物过表达载体，转化烟草，并成功获得了这两个基因的转基因烟草。.重要结果：.1）麻疯树胚囊发育是属于蓼型胚，麻疯树雌花发育要经过一个两性时期，在心皮融合后，雄蕊发育停滞并开始退化，在雌花胚囊成熟期雄蕊退化；而雄花发育不需要经过两性时期。.2）构建了覆盖麻疯树雌雄花不同发育时期的转录组，通过分析麻疯树雌雄花发育不同时期的基因表达谱揭示了花发育不同时期基因的表达情况，并筛选出了一些在在雌雄花发育中差异表达的基因.3）生长素有助于雄花花粉粒成熟期的发育，对雌花的发育作用似乎不大；细胞分裂素参与了雄花的十枚雄蕊形成期和花粉粒成熟期；几种形式的赤霉素在雌花的心皮融合期可能都起重要作用，而GA1例外，参与了雌花胚囊成熟，GA3参与了小孢子母细胞发生；两种形式的茉莉酸水平在雌、雄花都随着花的发育推进而持续缓慢上升，只是在雄花的花粉粒成熟急剧升高，茉莉酸对雄花的花粉粒成熟具有重要作用。.4）JcGASA6基因编码一个GASA家族蛋白，定位于液泡膜上的外周蛋白。JcGASA6基因可促进雄花的发育，尤其是在雄花的花粉粒成熟期起重要作用，而在雌花发育过程中，其只在大孢子母细胞发生期和减数分裂期起作用。.5）JcBRI1-like3基因编码一个BR信号途径中的BRI1受体蛋白家族成员，是个跨膜蛋白，在雄花的花粉粒成熟期起作用，能促进转基因烟草的雄花花丝生长。