条斑紫菜叶状营养体细胞向精子囊生殖细胞分化的机制

The sexual differentiation is an important process in biology of development. Such study is benificial from the suitable experimental materials. Since the macroscopic foliage gametophyte of Py. yezoensis is composed of single cell layer and the spermatangium is developed from the vegetative cell and distributed in the edge of the blades. This process is analogous to the development of the microspore to the spermatia in the higher plants. The project will focus on determination of the relationship between cell morphology and photosynthetic parameters during the sexual differentiation. With the assistance of microscope and PAM, the cells at the typical differentiation stages will be sampled, and the gene expression in both transcript level and protein level will be determined. Based on the analysis of the results from transcriptome and mass-spectrum, the potential key proteins which are responding to the sexual differentiation will be screened. Then, the full length genes of the important proteins will be cloned and their expression profiles will be determined through the methods of Real-time PCR and Western-blot during the formation of spermatangium. A certain number of sexual differentiation related moleculars will be obtained through co-immunoprecipitation, which will further do benefits to explain the molecular mechanism of development of spermatia in Py. yezoensis.

性别分化是发育生物学中重要的科学问题之一，恰当的实验材料的选择是促进此课题取得进展的重要因素。条斑紫菜因其叶状配子体由单层细胞组成，大部分精子囊细胞分布在其边缘，从营养细胞向性细胞的分化过程相当于高等植物减数分裂后子细胞的后续发育过程，所以是研究营养细胞向性细胞分化发育过程这一重要科学问题的理想材料。本项目拟对实验室受控条件培养下的条斑紫菜叶状体精子囊细胞分化发育过程进行显微观察，记录各典型分化阶段的细胞形态变化及相应光合生理活性的改变；分别采用转录组和蛋白质组学的方法，对各典型分化阶段的细胞进行基因差异表达的研究；筛选可能参与或控制性细胞分化的关键蛋白基因，克隆全长基因序列；在此基础上，对某些关键蛋白在性细胞分化发育过程中的转录及表达进行定量研究；发掘与目标蛋白相互作用的配体分子，探索条斑紫菜雄性细胞分化发育的分子机制。项目的完成，可对全面认识植物繁殖、发育和调控的本质提供借鉴。

性别分化是发育生物学中重要的科学问题之一，恰当的实验材料是促进此课题取得进展的重要因素。条斑紫菜从营养细胞向性细胞的分化过程相当于高等植物减数分裂后子细胞的后续发育过程，是研究营养细胞向性细胞分化发育过程这一重要科学问题的理想材料。.从条斑紫菜切取不同发育阶段的细胞，光学显微镜下确定此过程可划分为表观二细胞期、表观四细胞期及表观八细胞期。分别对各典型时期染色体进行了染色观察，应用扫描电镜技术，观察了细胞壁的变化。测定了各典型阶段光合作用参数，发现营养细胞与精子囊细胞具有类似的失水耐受能力，而雄性配子体的光合作用能力随含水量降低下降的幅度较慢。.成功建立了条斑紫菜双向电泳技术，在营养细胞中检测到311个蛋白点，在精子囊细胞中共检测到238个蛋白点。相对于精子囊细胞，营养细胞中有90个蛋白点明显上调，13个蛋白点明显下调。采用ITRAQ技术，取p<0.05，上下调差异倍数>1.5的结果进行分析，发现表观2细胞到4细胞、8细胞期组织，相比于营养细胞，差异表达蛋白的数量呈现上升趋势，且数量最多时高达720。.在分子功能方面，精子囊发育表观2细胞期、4细胞期、8细胞期三个阶段差异表达蛋白的分子功能均主要集中在催化活动，结合与转运，抗氧化及信号转导等功能上。从差异蛋白参与的生物过程分类来看，其主要参与基本代谢调控，细胞组分的生物合成及定位，发育，应激等过程。蛋白组及实时荧光定量结果同时证明，微管蛋白在精子囊细胞发育过程中发挥重要作用，与新分裂生成的精子次生壁的形成有关。.雄性生殖细胞的发生过程是个生殖代谢高度集中的过程，营养积累有很大程度的减缓。代谢的改变借助于分子伴侣蛋白完成定位，使得更多的物质和能量从营养生长转向生殖生长，为下一步的分裂及分化打下基础。藻体可能利用泛素蛋白酶体途径降解相关调控蛋白来对生长发育过程进行调控。为揭示紫菜性细胞分化和形成的规律与机制，以及全面认识生物繁殖、发育和调控的本质提供了理论依据。