梨自交不亲和基因产物S-RNase介导花粉管程序性死亡的机制

在对梨自交不亲和性生理及分子机理研究的基础上，综合应用激光细胞生物学及生物化学等的研究手段和技术，从花粉管骨架、超微结构及生理生化代谢等方面深入研究梨花柱S-RNase介导花粉管程序性死亡的机制。内容包括花柱S-RNase介导自花花粉管程序性死亡过程的花粉管骨架（微丝及微管）、细胞核、液泡、线粒体、高尔基体等超微结构变化特点，花粉管核DNA的凝聚与片段化特性，花柱S-RNase与花粉管凋亡诱导因子（AIF）、类Caspase、细胞色素C、VPE等的协同作用，花柱S-RNase介导的花粉管囊泡转运动态（胞吞/胞吐）及分布特性等。将阐明花粉管感受花柱S-RNase的'毒害'而凋亡的'应答'反应特点，揭示配子体型自交不亲和性反应中花柱S-RNase介导自花花粉管程序性死亡的细胞超微结构与生化代谢机制，完善蔷薇科植物自交不亲和性机理的理论体系，有重要学术理论和潜在应用价值。

本课题主要研究梨雌蕊自交不亲和基因产物S-RNase介导花粉管程序性死亡的机制。课题组以砂梨品种“幸水”和“今村秋”为材料，综合应用激光共聚焦显微镜、免疫印迹、荧光标记及膜片钳等技术手段，开展了研究内容的相关试验，通过三年的研究，顺利完成了原计划内容。主要研究结果明确了在离体条件下，花柱S-RNase开始作用于自花花粉管的时间为处理后30 min，并随着时间的推移抑制效果逐渐增强；活体条件下，自花花粉管受到抑制停止生长的时间在自花授粉后9 h左右。探明了S-RNase引起自花花粉管线粒体膜电位去极化，线粒体内细胞色素c外泄到胞质，线粒体发生明显的溶胀现象，电子透射密度降低，脊消失，出现大量空泡；S-RNase也引起花粉管核DNA发生降解，核降解顺序是先营养核，后生殖核，确定了自花花粉管死亡具有程序性死亡特点。确定了S-RNase通过破坏自花花粉管线粒体结构及减少NADPH含量，使ROS合成受阻，减少ROS在线粒体和细胞壁上的积累，特异破坏自花花粉管顶端活性氧梯度，从而抑制花粉管钙离子通道开放、引起微丝骨架解聚，并最终引起核DNA降解的信号路径。相关研究进一步完善了梨配子体型自交不亲和性机理的理论。. 在项目执行期间，共发表与本研究相关（标明了本项目资助）的论文19篇（其中SCI论文14篇），包括New Phytologist等知名刊物。授权国家发明专利1项。培养研究生8名，其中毕业博士4名，毕业硕士4名。