花药中层细胞发育及调控

The major function of anther is to produce and release functional pollen. Tapetum and endothecium cells are related with pollen formation and pollen release respectively. Middle layer cell is located between tapetum and endothecium. It is degraded at the late stage of anther develop leading to the disconnection of tapetum cell from endothecium cell. However, the knowledge about middle layer cell is quite limited. In this project, we will investigate middle layer cell in molecular and genetic level: 1) Through laser dissection, middle layer cell will be isolated from lily and its RNA will be sequenced. Using bioinformatic techniques, the predicted gene network for Arabidopsis middle layer cell will be constructed. 2) Based on lily RNA sequence data, genes with high expression will be verified and marker lines for Arabidopsis middle layer cell will be generated. 3) Genes important for middle layer cell development will be identified through mutant analysis in Arabidopsis. 4) Since tapetum early development will affect middle layer cell degradation, the key regulators in tapetum affecting middle layer development will be identified. The success of this project should lay a solid foundation for further functional investigation of middle layer cell during plant sexual reproduction.

花药在植物生殖发育过程中主要作用是形成有功能的花粉以及花粉的释放。绒毡层和药室内壁细胞分别与花粉形成以及花粉释放密切相关。中层细胞介于绒毡层和药室内壁细胞之间，在花药发育的后期降解从而使绒毡层细胞游离于药室内壁。但是至今对中层细胞的了解非常有限。本项目将从分子和遗传水平对中层细胞开展研究：1）通过激光切割从百合中分离中层细胞并进行RNA测序，通过生物信息学分析构建拟南芥中层细胞基因调控网络。2）根据序列信息在拟南芥中建立中层细胞的marker lines. 3) 通过拟南芥突变体分析鉴定中层细胞发育和功能关键基因。4）已知绒毡层早期发育影响中层细胞的降解，我们将鉴定绒毡层影响中层细胞发育的关键基因。本项目的研究将为今后深入研究中层细胞在植物生殖发育中的作用奠定基础。

花药是种子植物的雄性生殖器官。花药包含了四层壁细胞，由外至内分别称作表皮，药室内壁，中层和绒毡层。在被子植物中，花药的结构大致保守。中层在绒毡层和药室内壁之间。目前，中层的发育和功能均不清楚。在拟南芥中，中层细胞的细胞谱系存在争议。在切片分析中，一些研究认为中层和药室内壁一起起源于外层周缘细胞。在另一些研究中，中层和绒毡层被认为共同起源于内层周缘细胞。传统的切片分析认为中层在花药发育的6期就开始降解，在8期彻底分解，用于分离药室内壁和绒毡层。我们利用活细胞成像的方法对中层的发育过程做了细致的分析，研究发现中层细胞同时起源于外层周缘细胞和内层周缘细胞。在花药发育的7-10期，中层细胞在不断扩展以适应快速增加的花药大小，最后在11期和绒毡层一同降解。我们证明了绒毡层细胞壁的降解才是绒毡层脱离药室壁的原因。以上工作清楚的表明了中层的细胞谱系，为花药发育提供了重要的基础知识。我们还通过RNA测序的方法分析了百合中层的转录组以及中层缺陷突变体cik123，rpk2中转录下调的基因，初步建立的中层的转录网络以用于后续研究。