木质素单体合成基因影响孢粉素形成的机理研究

Spores and pollen wall of land plants contains sporopollenin, the chemically resistant macromolecule, which secures the storage of DNA and facilitates the dispersal in terrestrial environment by antagonize UV and prolong desiccation. However, the precise composition of the sporopollenin remains poorly understood. We studied the component of sporopollenin by spectrum and NMR. Since now we found that monolignol is one component of sporopollenin. This project is going to study the function of monolignol synthesis genes in sporopollenin formation. Genetic and cytology evidences would be provided to analyze if the monolignol synthesis pathway genes were expressed in tapetum; weather these genes are essential for the formation of sporopollenin or responsible for the resistant ability of sporopollenin. The success of this project should uncover the relationship of monolignol synthesis and sporopollenin formation; help us partially understand the synthesis pathway of sporopollenin and the function of these compounds; help us understand the process of how plants colonize the land.

花粉和孢子最外层细胞壁的构成物质被称为孢粉素，该物质能够保护花粉和孢子抵抗紫外辐射以及避免干燥失水，是植物能够在陆地环境下生存和扩散的基本条件之一,但孢粉素的组分和合成途径迄今为止尚不清楚。我们通过光谱，核磁等技术对孢粉素的组分进行了初步解析。实验在孢粉素水解产物中检测到了木质素单体类物质。本项目将通过细胞学和遗传学手段，分析木质素单体合成酶是否表达于合成孢粉素的绒毡层细胞中；木质素单体合成基因缺陷的4cl，c4h等突变体孢粉素形态是否异常；以及突变体花粉对陆地不良环境的抵抗能力是否降低。本项目将阐明木质素单体合成基因与孢粉素的关系；初步解析孢粉素的部分组分和合成途径；分析木质素单体组分在孢粉素中的生物学功能，有助于理解植物适应陆地环境的演化过程。

孢粉素构成的花粉和孢子外壁能够保护花粉和孢子在陆地环境下长距离传播，被认为是植物能够在陆地环境生存和繁殖的基本条件之一。而孢粉素的化学组分和其合成途径迄今为止尚不清楚。本项目利用光谱分析的方法解析了百合和拟南芥孢粉素的光谱特征，发现和木质素的光谱特征高度相似。通过硫代酸解法处理百合花粉的孢粉素，进一步对其裂解产物进行NMR分析发现其中包含几类苯丙烷酚类物质。融合荧光蛋白分析表明苯丙烷途径基因表达于形成孢粉素前体物质的花药绒毡层中，并且该途径缺陷突变体花粉不能正常形成孢粉素。以上研究证明了苯丙烷类物质是孢粉素的必要成分之一。生理实验表明孢粉素中的苯丙烷酚类物质参与了对紫外辐射的抵抗，可以显著降低紫外辐射造成的DNA损伤以及抑制活性氧增加。最后，本项目还对多种陆生植物的孢子和花粉进行了光谱和生化分析。这些结果表明不同植物的孢粉素中苯丙烷类物质构成各异，表明了植物孢粉素在陆地环境下的演化过程。