茄子小孢子胚胎发生的分子机制和代谢指纹图谱研究

游离小孢子培养产生（双）单倍体胚胎是获得纯合株系的理想方法。茄科蔬菜作物至今没有突破性进展。主要的问题是阻遏型小孢子脱分化及胚发生途径的分子机制不明，盲目的外源调节很难达到高诱导率。本项目以代谢组学、分子生物学、免疫细胞化学和试验显微技术为方法，研究茄子小孢子胚胎发生的分子机制：追踪小孢子发育及形态建成过程中代谢物成分及含量的变化，确定各时期小孢子和培养液样品的代谢物群体特征及特定标记物的性质和浓度，特别是莽草酸代谢途径与小孢子发育、脱分化及形态建成的关系，包括其与正常花粉和E-花粉的花粉二型性关系以及与药壁因子和细胞程序化死亡的关系，探讨小孢子离体培养过程中包括热激蛋白、茉莉酸和水杨酸途径参与的小孢子脱分化的启动信号传导过程，构建茄子小孢子形态发生的代谢指纹图谱，建立代谢图谱辅助反馈调节式小孢子胚胎诱导动态培养技术系统，以期揭示小孢子胚胎发生阻遏型的调控机制，催生高效单倍体育种技术。

以代谢组学技术为主要研究手段，结合现代分子生物学研究技术和荧光显微技术，追踪研究茄子小孢子发育及形态建成过程中细胞代谢物成分及含量的变化，探讨茄子小孢子离体培养过程中小孢子脱分化的启动信号，揭示小孢子离体形态发生机理。研究结果表明：茄子小孢子脱分化易诱导型（DD型）与难诱导型（ND型）间内源激素（IAA、GA3、ZR和ABA）含量差异高于基因型间差异，温度处理对不同基因型花药内源激素含量变化的影响不同，茄子小孢子培养仅仅依靠热激处理还不足以启动ND型材料产生有效的脱分化和发育；不同基因型茄子小孢子发育单核靠边期的花药36℃热激6天后热激蛋白（HSP70 mRNA）表达量变化趋势不同，HSP70 mRNA的表达量在热激处理过程中表现出一定的周期性；茄子雄配子初生代谢物组包括糖类、氨基酸类、有机酸/胺类、胆碱类、莽草酸途径相关以及嘧啶和嘌呤类等50 多种代谢产物，其中含量明显发生变化的代谢物分别是莽草酸（Shikimate）和奎宁酸（Quinic acid）；茄子雄配子随着发育阶段的不同表现出明显的代谢组变化，小孢子在体发育过程中呈现有规律的弧形代谢组轨迹；茄子小孢子在体发育过程中变化最大的糖类代谢物是果糖，含量和变化最大的氨基酸类代谢物是脯氨酸，有机酸类代谢物延胡索酸、柠檬酸和甲酸盐在发育过程中含量一直在增长，乙醇胺（EA）是其发育过程中变化最大的胆碱类代谢物，莽草酸途径代谢物莽草酸和奎宁酸发生了剧烈的变化，核苷酸类代谢物尿苷（uridine,Ud）和葫芦巴碱（N-methyl-Nicotinate，NMNA）先增加后降低。基于整个发育过程中发生显著变化的代谢物，提出了茄子雄配子在体发育过程中可能的代谢途径变化图。发表科技论文1篇，获得国家发明专利1项，培养硕士研究生1名。