第六章植物胚与胚乳的发育.

Chapter6EmbryogenesisandseeddevelopmentChapter8Embryogenesisandseeddevelopment8.1Embryogenesis胚胎发生8.2Endospermdevelopment胚乳发育植物胚的不同来源途径1.受精2.孤雌生殖3.花粉粒4.愈伤组织EggOvuleandembryosac胚胎发生：从受精卵（合子）发育成胚的过程双子叶植物拟南芥的胚胎发育过程伸长期合子合子经过第一次分裂，产生1个顶细胞(绿色)和一个基细胞(粉红色)四分体胚16细胞球形胚早期心形胚心形胚成熟胚1：顶细胞；2：基细胞；3：胚根原细胞，形成未来的ROC和根冠中央区；RM：根尖生长点；SM：茎尖生长点Whatactivitiesarehappenedinembryogenesis?胚胎发生过程中的事件•Polarityestablishment极性的建立（合子）Whatactivitiesarehappenedinembryogenesis?胚胎发生过程中的事件（1）胚胎发育发生在一个具有高度极性化的环境中。卵细胞具有极性，它的极性决定于顶端（核仁）和基部（液泡）不同细胞器的分布2.1PolarityinplantandplantcellsEggPolarityinsinglecellsOriginofcellpolarity2.2OriginofcellpolarityDifferentdistributionofmRNAs,proteinsandorganellesbetweentwopolesOriginofcellpolarityEgg在极性细胞两极分布着mRNAs，蛋白质和不同的细胞器EggTheintrinsicasymmetryofcytoskeletalfilaments细胞骨架内在的不对称性来定位生殖细胞肌动蛋白微丝Kinesin:动粒Kinesin动粒囊泡微管褐藻黑角菜属海藻胚发育过程EF为普通荧光显微镜NPA，LatB生长素运输抑制剂褐藻黑角菜海藻胚发育过程中的肌动蛋白分布（2）基-顶轴的形成合子不对称分裂后，分裂成基-顶细胞；在3轮细胞分裂后（16细胞期），顶细胞形成原胚，基细胞形成胚柄；到了胚胎发生后期，最上端胚柄细胞—胚根原细胞参与RAM的形成中，是QC和小柱细胞的原始细胞8细胞期16细胞期•Polarityestablishment极性的建立（合子）•Cellfate细胞命运决定（合子经过胚胎发育过程分化出了性质不同的、处于特定位置的细胞群，并形成了特定的器官原基和组织）Whatactivitiesarehappenedinembryogenesis?胚胎发生过程中的事件顶细胞分裂到8细胞期，外层细胞特化为表皮原细胞，内层细胞特化为形成层和维管束原细胞Ut，外层It,内层在球形胚的晚期，胚根原细胞发生不对称分裂，形成一个小的顶细胞和一个较大的基细胞；顶细胞继续垂周分裂形成两个小细胞，组成QC；基细胞继续分裂形成小柱干细胞子叶在球形期晚期开始形成•Polarityestablishment极性的建立（合子）•Cellfate细胞命运决定（合子经过胚胎发育过程分化出了性质不同的、处于特定位置的细胞群，并形成了特定的器官原基和组织）•PCD细胞程序性死亡（基细胞分裂产生的子细胞，除胚根原细胞之外，其它所有细胞均不参与胚的形成，而是共同构成胚柄，将胚胎与珠孔端的母体组织连在一起，并在心形胚后期开始进入程序化死亡而退化）Whatactivitiesarehappenedinembryogenesis?胚胎发生过程中的事件•Polarityestablishment极性的建立（合子）•Cellfate细胞命运决定（合子经过胚胎发育过程分化出了性质不同的、处于特定位置的细胞群，并形成了特定的器官原基和组织）•PCD细胞程序性死亡（基细胞分裂产生的子细胞，除胚根原细胞之外，其它所有细胞均不参与胚的形成，而是共同构成胚柄，将胚胎与珠孔端的母体组织连在一起，并在心形胚后期开始进入程序化死亡而退化）•Regulationongeneexpression基因表达调控Whatactivitiesarehappenedinembryogenesis?胚胎发生过程中的事件发育特异基因（Developmentalspecificgenes）OrganspecificgenesHousekeepinggenesDevelopmentalspecificgenesHowaboutembryo?OrganspecificgenesEmbryoHowaboutembryo?胚胎模式形成和细胞分化不同基因组成表达模式网络WOX(WUSCHELrelatedhomeobox)（1）基-顶轴极性中WOX2/WOX8,9调控途径WOX2和WOX8在合子中共表达；在发生不对称分裂后，WOX2仅在顶细胞中表达；而WOX8/9在顶端胚柄细胞中表达；同时WOX8的mRNA可以在胚柄下端细胞中检测到（2）外层细胞和内层细胞调控基因外层细胞（表皮原）：AtML1和ACR4共同决定内层细胞（形成层和维管束原）：MP和TMO7共同决定不同作物中胚胎发生调控的保守性在玉米中，ZmWUS1，ZmWOX2，ZmWOX5已经被鉴定出来；在水稻中，WOX5同源基因OsQHB已经被鉴定出来；它们均在胚胎发生中起着重要的调控作用1)Embryo-lethalmutations（胚胎致死性突变体）Organspecificgenesinembryo胚胎特异发育基因?1)Embryo-lethalmutationsOrganspecificgenesinembryo?Embryo–lethalmutantsinmaizeEmbryo–lethalmutantsinmaize（玉米）用化学诱变剂EMS处理的玉米在后代中出现一系列的胚致死突变Embryo–lethalmutantsinmaize?MutantbioinArabidopsisemb突变体胚的发育受到影响AmutantinArabidopsisLackofbiotin（生物素缺乏）PlusBiotininmedium（包含生物素的培养基）LackofbiotinbioPlusBiotininmediumraspberry：球形胚无法转变为心形胚Otherstage-specificgenesWildtypeTwinmutant双胚突变体DisorderinPCD?除了作为一个干燥耐受因子，还调控着叶毛和胚柄的发育Lec1codesatranscriptfactorlec1mutationhasPleiotropiceffectsonembryodevelopment:lec1突变体在胚胎发育过程中表现出多效性干燥忍耐1)Embryo-lethalmutations2)Patternmutations模式突变体OrganspecificgenesinembryoPatternmutationsPatternmutationsThepolarityalongapical-basalaxisisdisordered.丧失了极性Thepolarityalongapical-basalaxisisdisordered.Andthezygotedividessymmetrically.合子对称分裂Patternmutations胚胎发育的模式建成包括不同方向上极性建立的机理生长素的转运在胚胎发生中起着重要的作用32细胞球形胚阶段胚轴形成与生长素转运生长素流的强度与方向只由运输载体在质膜上的数量和分布控制Chapter8Embryogenesisandseeddevelopment8.1Embryogenesis8.2Endospermdevelopment胚乳的发育Chapter8Embryogenesisandseeddevelopment8.1Embryogenesis胚乳发生：中央细胞极核与精细胞融合。没有受精而自主进行种子发育的fis突变体没有受精的FIS植株角果受精的FIS植株角果（1）胚乳发育模式：无需双受精的胚乳发育？Whyfertilizationisneededforendospermdevelopment?为什么双受精是胚乳发育所必须的呢？Arethereendosperm-specificgenes?胚乳发育特异的基因？fiemutant:endospermdevelopedwithoutfertilization(Ohadetal.,1999)FIEencodesapolycombproteinAtleast3genescontrolendosperm-independentdevelopmentincludingFIE,FIS1-2Whyendosperm-specific?（2）胚乳发育中的基因组印迹：基因组印迹是一种非孟德尔遗传现象。它是指在配子或合子发生期间来自亲本的等位基因或染色体产生专一性的加工修饰导致后代体细胞中两个亲本来源的等位基因有不同的表达活性，又称遗传印迹或亲代印迹或配子印迹。玉米和拟南芥的胚乳中均已发现印迹基因玉米：R基因拟南芥：MEA、FWA拟南芥中MEA基因组印迹发生模式图m:maternal(母本）；p:paternal(父本）营养生长阶段花粉（雄配子体）受精配子体发生组蛋白H3K27甲基化Whyendosperm-specific?StudiesonthegeneFWAinArabidopsisRT-PCRanalysisofFWAexpressioninvariousorgans分析FWA在不同器官中的表达FWA::FWA-GFPfusionproteinanalysisFWA基因在受精后的种子和胚乳中表达受精前在中央细胞中表达受精后6小时受精后12小时受精后48小时GFP无法检测到受精后24小时WhyFWAonlytemporallyexpressedinendosperm?EndospermanalysiswithConfocal共聚焦显微境观察FWA基因表达模式中央细胞EndospermanalysiswithConfocalWhyFWAonlytemporallyexpressedinendosperm?DNA甲基化分析受精前在中央细胞中表达受精后6小时受精后12小时受精后48小时GFP无法检测到受精后24小时中央细胞RegulatorExonintronPromoterEnhancer5‘directrepeatsmCGGCmThe5'directrepeatsoftheFWAgeneDNAmethylation胚乳中DNA甲基化程度偏低，发生去甲基化RegulatorExonintronPromoterEnhancer5‘directrepeatsXYXXThe5'directrepeatsoftheFWAgeneDNAmethylationmCGGCmXYXXDNAmethylationParentalImprinting基因组印迹ImprintingofFWAinendospermdetectedwithallele-specificRT-PCR检测FWA等位基因在不同部位表达模式构建了不同的杂交组合（正反交）：胚中FWA基因不表达ImprintingofFWAinendospermdetectedwithallele-specificRT-PCRWhichparentgetsFWAexpressinendosperm?胚乳和种皮中只有来源于母本的FWA基因表达InplantsFWA基因表达模式图Summary植物胚胎发生包含不同的发育事件；植物胚乳发育具有两种调控模式：无需双受精的胚乳发育和基因组印迹幼胚形态建成—储藏物合成—胚的脱水干燥Chapter8EmbryogenesisandseeddevelopmentReference